Al igual que con el avance de la tecnología informática que parece aumentar exponencialmente la capacidad cada año, los relojes atómicos también parecen aumentar dramáticamente en su precisión año tras año.

Ahora, esos pioneros de la tecnología del reloj atómico, el Instituto Nacional de Estándares de Estados Unidos (NIST), han anunciado que han logrado producir un reloj atómico con una precisión dos veces mayor que cualquiera de los relojes anteriores.

El reloj se basa en un solo átomo de aluminio y el NIST afirma que puede seguir siendo preciso sin perder un segundo en más de 3.7 millones de años (aproximadamente el mismo período de tiempo que la vida ha existido en la Tierra).

El reloj más exacto anterior fue ideado por el Physikalisch-Technische Bundesanstalt alemán (PTB) y era un reloj óptico basado en un átomo de estroncio y tenía una precisión de un segundo en más de mil millones de años. Este nuevo reloj atómico de NIST también es un reloj óptico pero se basa en átomos de aluminio, que según la investigación del NIST con este reloj, es mucho más preciso.

Los relojes ópticos utilizan láseres para mantener los átomos inmóviles y difieren de los relojes atómicos tradicionales utilizados por las redes informáticas usando NTP servidores (Protocolo de tiempo de red) y otras tecnologías que se basan en relojes fuente. Estos relojes de fuente tradicionales no solo usan cesio como su tiempo para mantener el átomo, sino que en lugar de láseres utilizan líquidos y aspiradores superfríos para controlar los átomos.

Gracias al trabajo de NIST, PTB y el Reino Unido NPL (National Physical Laboratory) los relojes atómicos continúan avanzando exponencialmente, sin embargo, estos nuevos relojes atómicos ópticos basados ​​en átomos como aluminio, mercurio y estroncio están muy lejos de ser utilizados como base para UTC (Tiempo Universal Coordinado).

UTC se rige por una constelación de relojes de fuente de cesio que, si bien son precisos por un segundo en años 100,000, son mucho menos precisos que estos relojes ópticos y se basan en tecnología de más de cincuenta años de antigüedad. Y desafortunadamente hasta que la comunidad científica mundial pueda ponerse de acuerdo sobre un diseño de átomo y reloj para ser utilizado internacionalmente, estos relojes atómicos precisos seguirán siendo un juego de la comunidad científica solamente.

La precisión es cada vez más importante en las tecnologías modernas y nada más que la precisión en el mantenimiento del tiempo. Desde Internet hasta la navegación por satélite, la sincronía precisa y precisa es vital en la era moderna.

De hecho, muchas de las tecnologías que damos por sentado en el mundo de hoy, no serían posibles si no fuera por las máquinas más precisas inventadas: el reloj atómico.

Los relojes atómicos son solo dispositivos de cronometraje como otros relojes o relojes. Pero lo que los distingue es la precisión que pueden lograr. Como ejemplo crudo, su reloj mecánico estándar, como una torre de reloj del centro de la ciudad, se desplazará hasta un segundo por día. Relojes electrónicos como relojes digitales o radios reloj son más precisos. Estos tipos de reloj derivan un segundo en aproximadamente una semana.

Sin embargo, cuando se compara la precisión de un reloj atómico en el que un segundo no se perderá ni se ganará en 100,000 años o más, la precisión de estos dispositivos es incomparable.

Los relojes atómicos pueden alcanzar esta precisión con los osciladores que usan. Casi todos los tipos de reloj tienen un oscilador. En general, un oscilador es solo un circuito que regularmente funciona.

Los relojes mecánicos usan péndulos y resortes para proporcionar una oscilación regular, mientras que los relojes electrónicos tienen un cristal (generalmente de cuarzo) que cuando se pasa una corriente eléctrica proporciona un ritmo preciso.

Los relojes atómicos usan la oscilación de átomos durante diferentes estados de energía. A menudo se usa cesio 133 (y algunas veces rubidio) ya que su hiperfino oscilación transicional supera los 9 mil millones de veces por segundo (9,192,631,770) y esto nunca cambia. De hecho, el Sistema Internacional de Unidades (SI) ahora oficialmente considera un segundo en el tiempo como ciclos 9,192,631,770 de radiación del átomo de cesio.

Los relojes atómicos proporcionan la base para la escala de tiempo global del mundo: UTC (Tiempo Universal Coordinado). Y las redes informáticas de todo el mundo permanecen sincronizadas mediante el uso de señales horarias transmitidas por relojes atómicos y recogidas en Servidores de tiempo NTP (Servidor de tiempo de red).

Todos confiamos en el tiempo para mantener nuestros días programados. Relojes de pulsera, relojes de pared e incluso el reproductor de DVD nos dicen la hora, pero en ocasiones esto no es lo suficientemente preciso, especialmente cuando el tiempo necesita ser sincronizado.

Existen muchas tecnologías que requieren una precisión extremadamente precisa entre los sistemas, desde la navegación por satélite hasta muchas aplicaciones de Internet, el tiempo preciso es cada vez más importante.

Sin embargo, lograr precisión no siempre es sencillo, especialmente en las redes informáticas modernas. Si bien todos los sistemas informáticos tienen relojes incorporados, estos no son relojes precisos, sino osciladores de cristal estándar, la misma tecnología utilizada en otros relojes electrónicos.

El problema de confiar en relojes de sistema como este es que son propensos a la deriva y en una red que consta de cientos o miles de máquinas, si los relojes se desvían a un ritmo diferente, el caos puede seguir pronto. Los correos electrónicos se reciben antes de que se envíen y las aplicaciones de tiempo crítico fallan.

Los relojes atómicos son las piezas de tiempo más precisas pero estas son herramientas de laboratorio a gran escala y son poco prácticas (y muy costosas) para ser utilizadas por redes de computadoras.

Sin embargo, los laboratorios de física como el norteamericano NIST (Instituto Nacional de Estándares y Tiempo) tienen relojes atómicos de los cuales transmiten señales de tiempo. Estas señales de tiempo pueden ser utilizadas por redes de computadoras con el propósito de sincronización.

En América del Norte, el código de tiempo emitido por el NIST se llama WWVB y se transmite desde Boulder, Colorado en onda larga a 60Hz. El código de tiempo contiene el año, día, hora, minuto, segundo, y como es una fuente de UTC, cualquier segundo intercalar que se agregue para asegurar la paridad con la rotación de la Tierra.

Recibir la señal WWVB y usarla para sincronizar una red informática es simple de hacer. Los servidores horarios de la red de referencia de radio pueden recibir esta emisión en toda América del Norte y mediante el uso del protocolo NTP (Network Time Protocol).

Un dedicado NTP servidor de tiempo que puede recibir la señal WWVB puede sincronizar cientos e incluso miles de dispositivos diferentes a la señal WWVB asegurando que cada uno se encuentre dentro de unos pocos milisegundos de UTC.

Los relojes atómicos son lo último en dispositivos de cronometraje. Su precisión es increíble ya que un reloj atómico no se desplazará tanto como un segundo dentro de un millón de años, y cuando se compara con los siguientes mejores cronómetros, como un reloj electrónico que puede derivar por un segundo en una semana, un reloj atómico es increíblemente más preciso.

Los relojes atómicos se utilizan en todo el mundo y son el corazón de muchas tecnologías modernas que hacen posible una multitud de aplicaciones que damos por sentado. El comercio por Internet, la navegación por satélite, el control del tráfico aéreo y la banca internacional son industrias que dependen en gran medida de

También rigen la escala de tiempo del mundo, UTC (Tiempo Universal Coordinado) que se mantiene fiel a una constelación de estos relojes (aunque UTC tiene que ajustarse para adaptarse a la ralentización del giro de la Tierra mediante la adición de segundos intercalares).

A menudo, se requiere que las redes informáticas se ejecuten sincronizadas con UTC. Esta sincronización es vital en redes que realizan transacciones sensibles al tiempo o requieren altos niveles de seguridad.

Una red informática sin sincronización horaria adecuada puede causar muchos problemas, entre ellos:

La pérdida de datos

• Dificultades para identificar y registrar errores
• Mayor riesgo de violaciones de seguridad.
• No se pueden realizar transacciones sensibles al tiempo

Por estas razones, muchas redes informáticas deben sincronizarse con una fuente de UTC y mantenerse lo más precisas posible. Y aunque los relojes atómicos son dispositivos grandes y voluminosos que se guardan en los confines de los laboratorios de física, usarlos como fuente de tiempo es increíblemente simple.

Network Time Protocol (NTP) es un protocolo de software diseñado exclusivamente para la sincronización de redes y sistemas informáticos y mediante el uso de un servidor NTP dedicado el servidor de tiempo puede recibir el tiempo de un reloj atómico y distribuirlo por la red usando NTP.

NTP servidores utilizar las frecuencias de radio y más comúnmente las señales de satélite del GPS para recibir las señales de temporización del reloj atómico que luego se propagan por toda la red con NTP ajustando regularmente cada dispositivo para garantizar que sea lo más preciso posible.

Usuarios del National Physical Laboratory (NPL) La señal de frecuencia y de tiempo de MSF probablemente sea consciente de que la señal en ocasiones se toma fuera del aire para mantenimiento programado.

NPL ha publicado el mantenimiento programado para 2010 donde la señal se tomará temporalmente fuera del aire. Por lo general, los tiempos de inactividad programados duran menos de cuatro horas, pero los usuarios deben tener en cuenta que mientras NPL y VT Communications, que atienden la antena, hacen todo lo posible para garantizar que el transmisor esté apagado durante un breve período de tiempo, puede haber demoras .

Y aunque a NPL le gusta asegurar que todos los usuarios de la señal de MSF tengan una advertencia avanzada de posibles interrupciones, las reparaciones de emergencia y otros problemas pueden provocar interrupciones no programadas. Cualquier usuario que reciba problemas para recibir la señal de MSF debe verificar Sitio web de NPL en caso de mantenimiento no programado antes de contactar a su proveedor de servidor de tiempo.

Las fechas y horas de los períodos de mantenimiento programados para 2010 son las siguientes:

* 11 March 2010 de 10: 00 UTC a 14: 00 UTC

* 10 June 2010 de 10: 00 BST a 14: 00 BST (UTC + 1 hr)

* 9 September 2010 de 10: 00 BST a 14: 00 BST (UTC + 1 hr)

* 9 December 2010 de 10: 00 UTC a 14: 00 UTC

Dado que estas interrupciones programadas no deberían demorar más de cuatro horas, los usuarios de los servidores de tiempo referenciados por MSF no deberían notar ninguna caída en la precisión de su red, ya que no debería ser suficiente tiempo para que cualquier dispositivo se desplace.

Sin embargo, para aquellos usuarios preocupados por la precisión o requieren una NTP servidor de tiempo (Servidor de tiempo de red) que no sucumbe a interrupciones regulares, pueden considerar invertir en un GPS servidor de tiempo.

Los servidores de tiempo de GPS reciben el tiempo de los satélites de navegación en órbita. Como estos están disponibles en cualquier parte del mundo y las señales nunca se apagan para las interrupciones, pueden proporcionar una señal de tiempo constante y precisa (el tiempo del GPS no es el mismo que UTC pero es fácilmente convertido por NTP ya que está exactamente 17 segundos atrás debido a los segundos siendo agregado a UTC y no a GPS).

La sincronización de las redes informáticas modernas es de vital importancia por una multitud de razones, y gracias al protocolo de tiempo NTP (Network Time Protocol) esto es relativamente sencillo.

NTP es un protocolo algorítmico que analiza el tiempo en diferentes computadoras y lo compara con una sola referencia de tiempo y ajusta cada reloj para deriva para asegurar la sincronización con la fuente de tiempo. NTP es tan capaz en esta tarea que una red sincronizada utilizando el protocolo puede obtener de manera realista precisión en milisegundos.

Elegir la fuente de tiempo

Cuando se trata de establecer una referencia de tiempo, realmente no hay más alternativa que encontrar una fuente de UTC (Tiempo Universal Coordinado) UTC es la escala de tiempo global, utilizada en todo el mundo como una escala de tiempo única por las redes de computadoras. UTC se mantiene precisa gracias a una constelación de relojes atómicos en todo el mundo.

Sincronizando a UTC

El método más básico para recibir una fuente de tiempo UTC es usar un servidor de tiempo de Internet 2 de estrato. Estos se consideran estrato 2 ya que distribuyen el tiempo después de recibirlo por primera vez de un Servidor NTP (estrato 1) que está conectado a un reloj atómico (estrato 0). Lamentablemente, este no es el método más preciso para recibir UTC debido a la distancia que los datos tienen para viajar del host al cliente.

También existen problemas de seguridad en el uso de una fuente de tiempo 2 de estrato de Internet porque el puerto UDP de cortafuegos 123 debe dejarse abierto para recibir el código de tiempo, pero esta apertura de cortafuegos puede ser, y ha sido, explotada por usuarios malintencionados.

Servidores NTP dedicados

Servidores de tiempo NTP dedicados, a menudo conocidos como servidores de tiempo de red, son el método más preciso y seguro para sincronizar una red informática. Operan externamente a la red por lo que no hay problemas de firewall. Estos dispositivos 1 de estrato reciben la hora UTC directamente de una fuente de reloj atómico mediante transmisiones de radio de onda larga o la Red de GPS (Sistema de Posicionamiento Global). Si bien esto requiere una antena, que en el caso del GPS debe colocarse en una azotea, el servidor de tiempo sincronizará automáticamente cientos y, de hecho, miles de dispositivos diferentes en la red.

Cronometraje exacto si a menudo se pasa por alto como una prioridad para los administradores de red, muchos se arriesgan a la pérdida de seguridad y de datos al no garantizar que sus redes se sincronicen de la forma más precisa posible.

Las computadoras tienen sus propios relojes de hardware, pero a menudo son simples osciladores electrónicos como los que existen en los relojes digitales y, lamentablemente, estos relojes del sistema son propensos a la deriva, a menudo hasta varios segundos en una semana.

Ejecutar diferentes máquinas en una red que tienen diferentes tiempos, incluso por unos pocos segundos, puede causar estragos ya que muchas tareas de la computadora dependen del tiempo. El tiempo, en forma de marcas de tiempo, es la única computadora de referencia que se usa para distinguir entre diferentes eventos y fallas en sincronizar con precisión una red puede conducir a todo tipo de problemas no contados.

Estas son algunas de las principales razones por las cuales su red debe sincronizarse usando Network Time Protocol, preferiblemente con un NTP servidor de tiempo.

Copias de seguridad de datos - vital para salvaguardar los datos en cualquier empresa u organización, la falta de sincronización puede provocar el fallo de las copias de seguridad, pero las versiones anteriores de los archivos reemplazan las versiones más modernas.

Ataques maliciosos - sin importar cuán segura sea la red, alguien en algún lugar eventualmente obtendrá acceso a su red, pero sin una sincronización precisa puede ser imposible descubrir qué compromisos se han producido y también dará a los usuarios no autorizados tiempo adicional dentro de una red para causar estragos.

Registro de errores - cuando se producen fallas, e inevitablemente lo hacen, los registros del sistema contienen toda la información para identificar y corregir problemas. Sin embargo, si los registros del sistema no están sincronizados, a veces puede ser imposible determinar qué salió mal y cuándo.

Comercio en línea - Comprar y vender en Internet ahora es un lugar común y en algunas empresas se realizan miles de transacciones en línea cada segundo desde la reserva de asientos hasta la compra de acciones y la falta de sincronización precisa puede dar lugar a todo tipo de errores en el comercio en línea, como los artículos que se compran o se venden más de una vez.

Cumplimiento y legalidad - Muchos sistemas de regulaciones industriales requieren un método de temporización auditable y preciso. Una red no sincronizada también será vulnerable a problemas legales, ya que no se puede probar la hora exacta en que se produjo el evento.

Cuando contó la víspera de Año Nuevo para marcar el comienzo del año siguiente, ¿comenzó en 10 o 11? La mayoría de los juerguistas hubieran contado menos de diez, pero habrían sido prematuros este año, ya que hubo un segundo adicional añadido al año pasado: el segundo salto.

Los segundos intercalares generalmente se insertan una o dos veces al año (normalmente en la víspera de Año Nuevo y en junio) para garantizar la escala de tiempo global. UTC (Tiempo universal coordinado) coincide con el día astronómico.

Se han utilizado los segundos intercalares desde que UTC se implementó por primera vez y son el resultado directo de nuestra precisión en el control del tiempo. El problema es que el moderno relojes atómicos son dispositivos de cronometraje mucho más precisos que la tierra misma. Se notó cuando los relojes atómicos se desarrollaron por primera vez que la duración de un día, una vez que se pensaba que eran exactamente 24 horas, variaba.

Las variaciones son causadas por la rotación de la Tierra, que se ve afectada por la gravedad de las lunas y las fuerzas de las mareas de la Tierra, todo lo cual ralentiza la rotación de la tierra de forma minuciosa.

Esta ralentización rotatoria, aunque es minúscula, si no se verifica, el día UTC pronto se desviaría hacia la noche astronómica (aunque en varios miles de años).

La decisión de si se necesita un Leap Second es competencia del Servicio Internacional de Rotación de la Tierra (IERS), sin embargo, los Segundos Leap no son populares entre todos y pueden causar problemas potenciales cuando se introducen.

UTC es utilizado por Servidores de tiempo NTP (Protocolo de tiempo de red) como una referencia de tiempo para sincronizar las redes de computadoras y otras tecnologías, y la interrupción que pueden causar los segundos leap no es una molestia.

Sin embargo, otros, como los astrónomos, dicen que si no se mantiene el UTC en línea con el día astronómico, sería casi imposible estudiar los cielos.

El último segundo intercalar insertado antes de este fue en 2005, pero se han agregado un total de 23 segundos a UTC desde 1972.

Continuado…

Sin embargo, hay ocasiones en que un servidor de tiempo puede perder la conexión con el reloj atómico y no recibir el código de tiempo durante un período prolongado. A veces, esto puede ser debido al tiempo de inactividad de los controladores de reloj atómico para el mantenimiento o que la interferencia cercana está bloqueando la transmisión.

Obviamente, cuanto más larga es la señal, más deriva potencial puede ocurrir en la red como el oscilador de cristal en el Servidor NTP es lo único que mantiene el tiempo. Para la mayoría de las aplicaciones esto nunca debería ser un problema, ya que el período de inactividad más prolongado normalmente no es más de tres o cuatro horas y el servidor NTP no se habría desplazado demasiado en ese momento y la ocurrencia de este tiempo de inactividad es bastante rara (tal vez o dos veces al año).

Sin embargo, para algunas aplicaciones ultraprecisas de gama alta, los osciladores de cristal de rubidio comienzan a usarse ya que no se desplazan tanto como el cuarzo. Rubidio (a menudo utilizado en relojes atómicos ellos mismos en lugar de cesio) es un oscilador mucho más preciso que el cuarzo y proporciona una mejor precisión para cuando no hay señal para un NTP servidor de tiempo permitiendo que la red mantenga un tiempo más preciso.

El rubidio en sí mismo es un metal alcalino, similar en propiedades al potasio. Es muy poco radiactivo, aunque no representa un riesgo para la salud humana (y se usa a menudo en imágenes médicas al inyectarlo en un paciente). Tiene una vida media de 49 mil millones de años (el tiempo que tarda en descomponerse a la mitad; en comparación, algunos de los materiales radiactivos más letales tienen vidas medias de menos de un segundo).

El único peligro real que plantea el rubidio es que reacciona violentamente al agua y puede provocar un incendio.

Los osciladores han sido esenciales en el desarrollo de los relojes y la cronología. Los osciladores son solo circuitos electrónicos que producen una señal electrónica repetitiva. A menudo se usan cristales como el cuarzo para estabilizar la frecuencia de la oscilación,

Los osciladores son la tecnología principal detrás de los relojes electrónicos. Los relojes digitales y el reloj analógico alimentado por batería están controlados por un circuito oscilante que generalmente contiene un cristal de cuarzo.

Y aunque los relojes electrónicos son muchas veces más precisos que un reloj mecánico, un oscilador de cuarzo aún se desplazará un segundo o dos cada semana.

Los relojes atómicos por supuesto, son mucho más precisos. Sin embargo, todavía usan osciladores, con mayor frecuencia cesio o rubidio, pero lo hacen en un estado hiperfino a menudo congelado en nitrógeno líquido o helio. Estos relojes en comparación con los relojes electrónicos no se desviarán por un segundo en incluso un millón de años (y con los relojes atómicos más modernos 100 millones de años).

Para utilizar esta precisión cronológica un servidor de tiempo de red que utiliza NTP (Network Time Protocol) se puede usar para sincronizar redes informáticas completas. NTP servidores utilice una señal horaria desde el GPS o la radio de onda larga que proviene directamente de un reloj atómico (en el caso del GPS, el tiempo se genera en un reloj abordo del satélite GPS).

NTP servidores compruebe continuamente esta fuente de tiempo y luego ajuste los dispositivos en una red para que coincida con esa hora. Entre las encuestas (que reciben la fuente de tiempo), el servidor de tiempo usa un oscilador estándar para mantener el tiempo. Normalmente estos osciladores son de cuarzo, pero debido a que el servidor horario está en comunicación regular con el reloj atómico cada minuto o dos, entonces la deriva normal de un oscilador de cuarzo no es un problema ya que unos pocos minutos entre encuestas no conducirían a una deriva medible.

Continuará ...