GPS är inte den enda tekniken som är beroende av atomur. De höga nivån av noggrannhet som levereras av atomur används i andra avgörande teknologier som vi tar för givet varje dag.

Flygledning Inte bara är alla flygplan och flyglinjer nu utrustade med GPS för att göra det möjligt för piloter och markpersonal att få veta deras exakta plats, men atomklockor används också av flygledare som behöver exakta och noggranna mätningar och tid mellan flygplan.

Trafikljus och vägkonstruktionssystem - Trafikljus är ett annat system som bygger på klocktidpunkten. Noggrannhet och synkronisering är avgörande för trafikljussystem eftersom små fel i synkronisering kan leda till dödsolyckor.

Kongestionskameror och andra system som parkeringsmätare använder också klockor som underlag för deras tidsåtgärder, eftersom det förhindrar juridiska problem vid utfärdande av straffmeddelanden.

CCTV - Klockradio är en annan storskalig användare av atomur. CCTV-kameror används ofta i kampen mot brottslighet men som bevis är de ineffektiva i en domstol om inte tidsinformationen på CCTV-kameran kan bevisas vara korrekt. Underlåtenhet att göra det kan leda till att brottslingar släpper ut åtal eftersom det trots att kameraet identifierat beviset att det var vid tidpunkten och datumet för brottet inte kan klargöras utan noggrannhet och synkronisering.

Internet - Många av de applikationer vi nu överlåter till internet är bara möjliga tack vare atomur. Online-handel, internetbank och till och med online-auktionshus behöver alla noggrann och synkroniserad tid.

Föreställ dig att ta dina besparingar från ditt bankkonto bara att du kan dra tillbaka dem igen, eftersom en annan dator har en långsammare klocka eller föreställer sig att bjuda på en auktionswebbplats för att få ditt bud avvisat av ett bud som kom före din, eftersom det gjordes på en dator med en långsammare klocka.

Att använda atomklockor som källa för tiden är relativt rakt fram för många teknologier. Radiosignaler och även GPS-överföringarna kan användas som källa till klocktid och för datorsystem, protokollet NTP (Network Time Protocol) kommer att se till att alla nätverksstorlekar synkroniseras perfekt tillsammans. Tillägnad NTP-tidsservrar används över hela världen i teknik och applikationer som kräver exakt tid.

Atomur är de mest korrekta tidsåtgärderna som man känner till. Det exakthet är oföränderligt med andra klockor och kronometrar i det medan även den mest sofistikerade elektroniska klockan kommer att drivas med en sekund varje vecka eller två, mest moderna atomur kan fortsätta springa i tusentals år och inte förlora ens en bråkdel av en sekund.

Noggrannheten hos en atomur är ned till vad de använder som grund för tidsmätning. I stället för att förlita sig på en elektronisk ström som går genom en kristall som en elektronisk klocka använder en atomur en hyperfineövergång av en atom i två energiländer. Även om detta kan låta komplicerat, är det bara en oförklarlig efterklang som "fläckar" över 9 miljarder gånger varje sekund, varje sekund.

Men varför en sådan noggrannhet är verkligen nödvändig och vilken teknik används klockor i?

Det är genom att undersöka den teknik som använder atomklockor som vi kan se varför så höga noggrannhet krävs.

GPS - Satellitnavigering

Satellitnavigering är en stor bransch nu. En gång bara en teknik för militären och flygare, GPS-satellitnavigering används nu av trafikanter över hela världen. Den navigationsinformation som tillhandahålls av satellitnavigationssystem som GPS beror emellertid enbart på noggrannheten hos atomur.

GPS fungerar genom att triangulera flera tidssignaler som distribueras från atomur över GPS-satelliterna. Genom att träna när tidssignalen släpptes från satelliten kan satellitnavigationsmottagaren precis hur långt det är från satelliten och genom att använda flera signaler beräkna var det befinner sig i världen.

På grund av dessa tidssignaler reser sig vid ljusets hastighet kan bara en sekunds felaktighet inom tidssignalerna leda till att den poserande informationen är tusentals miles ut. Det är bevis på noggrannheten hos GPS-klockor Det är för närvarande en satellitnavigationsmottagare som är korrekt inom fem meter.

De National Physical Laboratory har meddelat planerat underhåll denna vecka (torsdag) vilket betyder att MSF60kHz-tiden och frekvenssignalen kommer att stängas tillfälligt för att underhållet ska kunna utföras i säkerhet vid Anthorns radiostation i Cumbria.

Normalt varar dessa schemalagda underhållsperioder bara några timmar och bör inte orsaka störningar för någon som lita på MSF-signalen för tidsapplikationer.
NTP (Network Time Protocol) är väl lämpad för dessa temporära förluster av signal och lite om ingen drift skulle upplevas av någon NTP tidsserver användaren.

Det finns emellertid vissa högnivåanvändare av nätverks-tidsservrar eller kan ha problem med exaktheten hos deras teknik under dessa schemalagda perioder utan signal. Det finns en annan lösning för att säkerställa en kontinuerlig, säker och lika korrekt tidssignal används alltid.

GPS, som oftast används för navigering och wayfinding det faktiskt en atomurbaserad teknik. Var och en av GPS-satelliterna sänder en signal från sin inbyggda atomur som används av satellitnavigationsenheter som utreder läget genom triangulering.

Dessa GPS-signaler kan också tas emot av a GPS NTP tidsserver. Precis som MSF eller andra radiosignaltidsservrar mottar den externa signalen från Anthorn-sändaren kan GPS-tidsservrarna få denna exakta och externa signal från satelliterna.

Till skillnad från radiosändningarna bör GPS aldrig gå ner men det kan ibland vara opraktiskt att ta emot signalen eftersom en GPS-antenn behöver en klar bild av himlen och bör därför helst vara på taket.

För dem som vill göra tvivelvis är det aldrig en period när en signal inte mottas av NTP-server, en dubbel tidsserver kan användas. Dessa plockar upp både radio och GPS-överföringar och NTP-demonen ombord beräknar den mest exakta tiden från dem båda.

En ökning av GPS-attackerna har orsakat viss oro bland det vetenskapliga samfundet. GPS, medan ett mycket noggrant och pålitligt system för överföring av tid och positiv information, är beroende av väldigt svaga signaler som hindras av störningar från jorden.

Både oavsiktlig störning, t.ex. från piratradiostationer eller avsiktlig avsiktlig jamming av brottslingar, är fortfarande sällsynt, men eftersom tekniken som kan hindra GPS-signaler blir mer lättillgänglig förväntas situationen förvärras.

Och även om effekterna av signalfel i GPS-systemet kan ha uppenbara resultat för personer som använder den för navigering (slutar på fel plats eller gå vilse) kan det få allvarligare och djupare följder för tekniken som bygger på GPS för tiden signaler.

Som så många tekniker bygger nu på GPS-tidssignaler från telefonnät, internet, bank- och trafikljus och till och med vårt elnät eventuellt signalfel, oavsett hur kort det är, kan orsaka allvarliga problem.

Huvudproblemet med GPS-signalen är att det är mycket svagt och som det kommer från rymdbundna satelliter, kan lite göras för att öka signalen så att någon liknande frekvens som sänds i ett lokalt område lätt kan dränka ut GPS.

GPS är dock inte den enda exakta och säkra metoden för att ta emot tiden från en klocka med klockan. Många nationella fysiklaboratorier från hela världen skickar atomvågssignaler via radiovågor (vanligtvis långvåg). I USA sänds dessa signaler av NIST (National Institute for Standards and Time (känd som WWVB) medan i Storbritannien är det MSF-signalen sänds av NPL (National Physical Laboratory).

Dual-tidsservrar som kan ta emot båda signalerna är tillgängliga och är en säkrare satsning för alla högteknologiska företag som inte har råd att riskera att förlora en tidssignal.

Atomen är inte en ny uppfinning. Utvecklat i 1950: s, den traditionella cesiumbaserade atomur har gett oss rätt tid i ett halvt sekel.

De cesium atomur har blivit grunden för vår tid - bokstavligen. De Internationellt system av enheter (SI) definierar en sekund som ett visst antal oscillationer av atomen cesium och atomklockor styr många av de teknologier som vi lever med en daglig användning: Internet, satellitnavigering, flygkontroll och trafikljus för att namnge men några.

Den senaste utvecklingen i optiska kväveklockor som använder enskilda atomer av metaller som aluminium eller strontium är dock tusentals gånger mer exakta än traditionella atomur. För att uttrycka detta i perspektiv kan den bästa cesiumatomklockan som används av institut som NIST (National Institute for Standards and Time) eller NPL (National Physical Laboratory) att styra världens globala tidsplan UTC (Coordinated Universal Time), är korrekt inom en sekund varje 100 miljoner år. Dessa nya kvadratiska optiska klockor är emellertid noggranna till en sekund varje 3.4 miljarder år - nästan lika länge som jorden är gammal.

För de flesta är deras enda möte med en atomur att få sin tidssignal är a nätverk tidsserver or NTP-enhet (Network Time Protocol) i syfte att synkronisera enheter och nätverk och dessa atomur-signaler genereras med användning av cesiumklokker.

Och tills världens forskare kan komma överens om en enda atom för att ersätta cesium och en enda klockdesign för att hålla UTC, kommer ingen av oss att kunna utnyttja denna otroliga noggrannhet.

Fråga någon nätverksadministratör eller IT-ingenjör och fråga dem hur viktigt nätverkssynkronisering är och du får normalt samma svar - mycket.

Tiden används i nästan alla aspekter av databehandling för loggning när händelser har hänt. I själva verket är tidsstämplar den enda referens som en dator kan använda för att hålla spår av uppgifter som den har gjort och de som den ännu har att göra.

När nätverken är osynkroniserad kan resultatet bli en verklig huvudvärk för någon som har problem med att felsöka dem. Data kan ofta gå vilse, program misslyckas, felloggning är nästan omöjligt, för att inte tala om säkerhetsproblem som kan uppstå om det inte finns någon synkroniserad nätverkstid.

NTP (Network Time Protocol) är det ledande tidssynkroniseringsprogrammet som har funnits sedan 1980: s. Det har ständigt utvecklats och används av nästan alla datanätverk som kräver korrekt tid.

De flesta operativsystem har en version av NTP redan installerad och använder den för att synkronisera en enda dator är relativt rakt fram genom att använda alternativen i klockinställningarna eller aktivitetsfältet.

Genom att använda den inbyggda NTP-applikationen eller demonen på en dator kommer det emellertid att resultera i att enheten använder en källa för internettid som en referensreferens. Det här är bra och bra för enkla skrivbordsmaskiner, men på ett nätverk krävs en säkrare lösning.

Det är viktigt i alla datanätverk att det inte finns några sårbarheter i brandväggen som kan leda till attacker från skadliga användare. Att hålla en port öppen för att kommunicera med en internetkälla är en metod som en angripare kan använda för att skriva in ett nätverk.

Lyckligtvis finns det alternativ till att använda internet som en tidskälla. Atomisk klocktid signalerar kan tas emot med hjälp av långvågradio eller GPS-överföringar.

Dedikerad NTP tidsserver enheter finns tillgängliga som gör processen med tidssynkronisering extremt lätt som NTP-servrar tar emot tiden (externt till brandväggen) och kan sedan distribueras till alla maskiner i ett nätverk - det görs säkert och korrekt med de flesta nätverk som synkroniseras till en NTP-server som arbetar inom några millisekunder av varandra.

Precis som med förskottet av datateknik som verkar exponentiellt öka i kapacitet varje år, verkar atomur också öka dramatiskt i sin noggrannhet år efter år.

Nu, de pionjärer av atomurteknik, USA: s National Institute of Standards Time (NIST), har meddelat att de har lyckats producera en atomklocka med noggrannhet dubbelt så stor som alla klockor som har gått tidigare.

Klockan är baserad i en enda aluminiumatom och NIST hävdar att den kan förbli korrekt utan att förlora en sekund på över 3.7 miljarder år (ungefär samma tid som livet har existerat jorden).

Den föregående mest korrekta klockan utarbetades av tyska Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) och var en optisk klocka baserad på en strontiumatom och var noggrann till en sekund på över en miljard år. Den här nya klockan av NIST är också en optisk klocka men bygger på aluminiumatomer, vilket enligt NISTs undersökning med denna klocka är mycket mer exakt.

Optiska klockor använder lasrar för att hålla atomer fortfarande och skiljer sig från de traditionella atomklockorna som används av datanätverk NTP-servrar (Network Time Protocol) och annan teknik som är baserad på fontäner. Inte bara använder dessa traditionella fontäner cesium som sin tidshållande atom, men i stället för lasrar använder de superkylda vätskor och dammsugare för att styra atomerna.

Tack vare arbetet av NIST, PTB och Storbritanniens NPL (National Physical Laboratory) atomklockor fortsätter att gå exponentiellt, men dessa nya optiska atomklockor baserade på atomer som aluminium, kvicksilver och strontium är långt ifrån att användas som underlag för UTC (Koordinerad universell tid).

UTC styrs av en konstellation av cesium fontänklockor som, medan de fortfarande är exakta till en sekund i 100,000 år, är långt mindre precisa än dessa optiska klockor och bygger på teknik över femtio år gammal. Och tyvärr tills världens vetenskapssamhälle kan komma överens om en atom- och klockdesign som används internationellt, kommer dessa exakta atomklockor att förbli enbart en skådespel av det vetenskapliga samfundet.

Precision blir allt viktigare i modern teknik och ingen mer än noggrannhet i tid. Från internet till satellitnavigering är exakt och exakt synkronitet avgörande i modern tid.

Faktum är att många av de teknologier som vi tar för givet i dagens värld inte skulle vara möjliga om det inte var för de mest exakta maskinerna som uppfann - atomklocka.

Atomklockor är bara timekeeping enheter som andra klockor eller klockor. Men vad står dem ifrån varandra är den noggrannhet de kan uppnå. Som ett vanligt exempel kommer din standardmekaniska klocka, till exempel ett klocktorn i stadscentrum, att drifta så mycket som en sekund om dagen. Elektroniska klockor som digitala klockor eller klockradioer är mer exakta. Dessa typer av klocka drifter en sekund på ungefär en vecka.

Men när du jämför precisionen hos en atomur, där en sekund inte går förlorad eller uppnådd i 100,000 år eller mer, är exaktheten hos dessa enheter ojämförlig.

Atomklockor kan uppnå denna noggrannhet av de oscillatorer de använder. Nästan alla typer av klockor har en oscillator. I allmänhet är en oscillator bara en krets som regelbundet fästs.

Mekaniska klockor använder pendlar och fjädrar för att ge regelbunden oscillation medan elektroniska klockor har en kristall (vanligtvis kvarts) att när en elektrisk ström går igenom, ger en exakt rytm.

Atomklockor använder oscillationen av atomer under olika energitillstånd. Ofta används cesium 133 (och ibland rubidium) eftersom dess hyperfina övergångsoscillation är över 9 miljarder gånger i sekundet (9,192,631,770) och detta ändras aldrig. Faktum är att Internationellt system av enheter (SI) anser nu officiellt en sekund i tiden som 9,192,631,770-cykler av strålning från cesiumatomen.

Atomklockor utgör grunden för världens globala tidsskala - UTC (Koordinerad Universal Time). Och datanät över hela världen håller på att synkronisera genom att använda tidssignaler som sänds med atomur och plockas upp NTP-tidsservrar (Network Time Server).

Synkronisering av datanät är något som många administratörer tar för givet. Dedikerade nätverkstidsservrar kan ta emot en tidskälla och distribuera den under ett nätverk, exakt, säkert och exakt.

Emellertid korrekt tidssynkronisering är bara möjlig tack vare tidsprotokollet NTP - Network Time Protocol.

NTP utvecklades när internet fortfarande var i sin barndom och Professor David Mills och hans team från Delaware University försökte synkronisera tiden på ett nätverk av några maskiner. De utvecklade den allra snabbaste överlämningen av NTP som har utvecklats fram till denna dag, nästan trettio år efter det att den började.

NTP var inte då, och är inte nu den enda tidssynkroniseringsprogramvaran, det finns andra applikationer och protokoll som gör en liknande uppgift, men NTP är den mest använda (överlägset med över 98% av tidssynkroniseringsprogram som använder den). Den är också förpackad med mest moderna operativsystem med en version av NTP (vanligtvis SNTP - en förenklad version) installerad på det senaste Windows 7-operativsystemet.

NTP har spelat en viktig roll för att skapa internet vi känner och älskar idag. Många onlineapplikationer och uppgifter skulle inte vara möjliga utan korrekt tidssynkronisering och NTP.

Onlinehandel, internetauktioner, bank- och felsökning av nätverk är alla beroende av korrekt tidssynkronisering. Även skicka ett e-mail kräver tidssynkronisering med e-postservern - annars skulle datorer inte kunna hantera e-postmeddelanden som kommer från osynkroniserade maskiner eftersom de kan komma fram innan de skickades.

NTP är ett gratis programvaruprotokoll och är tillgängligt online från NTP.org Men de flesta datanät som kräver säker och korrekt tid brukar användas dedikerade NTP-servrar som fungerar externt mot nätverket och brandväggen, som erhåller tiden från atomvågssignaler som garanterar millisekundernoggrannhet med världens globala tidsskala UTC (Koordinerad universell tid).

Global Positioning System (GPS) är ett allt populärare verktyg, som används över hela världen som en källa till vägbesök och navigering. Det finns dock mycket mer till GPS-nätverket än bara satellitnavigering, eftersom sändningarna som sänds av GPS-satelliterna också kan användas som en mycket exakt tidskälla.

GPS-satelliterna kolliderar faktiskt bara klockor, eftersom de innehåller atomur som genererar en tidssignal. Det är den tidssignal som sänds av GPS-satelliterna som satellitnavigationsmottagare i bilar och flygplan använder för att uträtta avstånd och position.

Positionering är endast möjlig eftersom tidssignalerna är så exakta. Fordonsbaserade navar använder till exempel signalerna från fyra kretsande satelliter och triangulerar informationen för att utföra positionen. Om det emellertid bara är en sekunds felaktighet med en av tidssignalerna, kan den poserande informationen vara tusentals miles ute - vilket visar sig värdelös.

Det är bevis på noggrannheten hos atomur som används för att generera GPS-signaler som för närvarande en GPS-mottagare kan uträtta sin position på jorden till inom fem meter.

Eftersom GPS-satelliter är så exakta, utgör de en idealisk tidskälla synkronisera ett datornätverk till. Strängt taget skiljer sig GPS-tiden från det internationella tidsskalaet UTC (koordinerad universell tid), eftersom UTC har fått ytterligare språng sekunder tillsatt för att säkerställa paritet med jordens rotation, vilket betyder att det är exakt 18 sekunder före GPS men det går lätt att konvertera av NTP tidssynkroniseringen protokoll (Network Time Protocol).

GPS-tid-servrar ta emot GPS-tidssignalen via en GPS-antenn som måste placeras på taket för att ta emot siktlinjen. När GPS-signalen är mottagen NTP GPS tidsserver kommer att distribuera signalen till alla enheter på NTP-nätverket och korrigerar eventuell drift på enskilda maskiner.

GPS-tid-servrar är dedikerade lättanvända enheter och kan säkerställa millisekundernoggrannhet till UTC utan några av de säkerhetsrisker som är involverade i att använda en internetkälla.