Dankzij een nieuwe netwerkdienst van SURF, ontwikkeld in samenwerking met het Nationaal Metrologisch Instituut VSL en de internationale White Rabbit Collaboration, is dit extreem precieze signaal nu toegankelijk via het SURF-netwerk. Ook onderzoekers van de Vrije Universiteit Amsterdam maken hier actief gebruik van.
Het signaal is gekoppeld aan de nationale atoomklok van VSL en heeft een tijdnauwkeurigheid van minder dan een nanoseconde en een frequentieprecisie op het niveau van picoseconden (één biljoenste van een seconde). Dat maakt het mogelijk om experimenten veel sneller en nauwkeuriger uit te voeren. Het tijd- en frequentiesignaal is momenteel beschikbaar op elf locaties binnen het SURF-netwerk; uitbreiding naar meer locaties ligt in het verschiet.
Van atoomklok naar onderzoeksnetwerk
Het SURF-netwerk is rechtstreeks verbonden met de atoomklok van VSL, die de officiële Nederlandse tijdschaal (UTC) realiseert. Met behulp van zogeheten White Rabbit-technologie wordt dit signaal via glasvezel verspreid over het netwerk, zonder verlies van nauwkeurigheid. Speciale, gekalibreerde netwerkswitches zorgen ervoor dat tijd- en frequentiesignalen met extreme precisie bij onderzoeksapparatuur aankomen. Samen vormen de aangesloten locaties het Nederlandse time & frequency-netwerk voor onderzoek en onderwijs.
Samenwerking als sleutel
De totstandkoming van deze nieuwe netwerkdienst is het resultaat van ruim vijftien jaar samenwerking tussen onderzoekers, technologische experts en netwerkbeheerders. Naast SURF, VSL en de White Rabbit Collaboration waren negen universiteiten en onderzoeksinstituten betrokken, waaronder de Vrije Universiteit Amsterdam. Belangrijke doorbraken waren onder meer het transport van tijdsignalen over grote afstanden, het combineren van deze signalen met regulier dataverkeer en het valideren van de extreme nauwkeurigheid. Het project laat zien dat baanbrekende onderzoeksinfrastructuur alleen kan ontstaan door intensieve multidisciplinaire samenwerking.
Grote tijdswinst en nieuwe wetenschap
Met het nieuwe tijd- en frequentiesignaal kunnen sommige experimenten tot honderd keer sneller én nauwkeuriger worden uitgevoerd. Wat voorheen maanden aan meettijd kostte, kan nu in enkele weken. Ook worden waarnemingen scherper, bijvoorbeeld in de radioastronomie, en kan geavanceerde apparatuur voor quantumcommunicatie tot op het hoogste niveau worden gesynchroniseerd.
Aan de VU wordt het netwerk onder meer gebruikt voor uiterst precieze metingen aan elementaire deeltjes, atomen en moleculen. Daarnaast werken VU-onderzoekers aan verbeteringen van het White Rabbit-protocol, met als doel meerdere atoomklokken te laten samenwerken als één virtuele ‘superatoomklok’. Samen met de Universiteit van Amsterdam bereidt de VU ook experimenten voor waarbij hoogteverschillen op millimeterniveau worden gemeten met behulp van quantumklokken die via glasvezel zijn verbonden.
‘Een enorme sprong voorwaarts’
VU-natuurkundige Jeroen Koelemeij was in 2010 de grondlegger van het Nederlandse onderzoek naar tijd- en frequentiesignalen over netwerken, en stond daarmee aan de wieg van de nieuwe dienst van SURF. “De mogelijkheden die dit soort precisie biedt, zijn enorm,” zegt hij. “Dat we dit nu als landelijke dienst beschikbaar hebben, betekent een grote sprong voorwaarts voor fundamenteel en toegepast onderzoek.”
Koelemeij wijst ook op een breed maatschappelijk belang dat op de achtergrond meespeelt. “De samenleving is afhankelijk geraakt van signalen van satellietnavigatiesystemen, terwijl we zien dat die signalen steeds vaker worden verstoord.” Volgens Koelemeij zit de crux in de rol die atoomklokken hierin spelen. “Elke navigatiesatelliet heeft een eigen atoomklok. Door de atoomklok niet via radiosignalen uit de ruimte aan te bieden, maar via het netwerk zoals SURF en VSL dat nu doen, zou je een veilig alternatief voor satellietnavigatie kunnen realiseren.”
Distributiepunt van het SURF Time&Frequency netwerk in het VU Onderzoeksgebouw in Amsterdam (Foto J. Koelemeij).