Un faisceau laser tremble généralement un peu, comme une corde pincée. Dans les horloges optiques, ce tremblement se transforme en erreur de mesure. Les ingénieurs ont remplacé la lumière tremblotante par une lumière stable — et l'horloge à vapeur de rubidium s'est mise à tictaquer cinq fois plus régulièrement.
À l'intérieur de l'étalon de fréquence, la lumière du laser fait absorber aux atomes de rubidium de l'énergie par quantités strictement définies. C'est en comptant ces absorptions que l'on mesure les secondes. Si le faisceau tremble, les atomes s'embrouillent et le comptage dérive. Le nouveau laser, fabriqué sur une puce de silicium, émet une lumière dont la largeur de raie est inférieure à 10 hertz — c'est comme une note jouée sans vibrato. Sa qualité est évaluée par un facteur de qualité supérieur à 130 millions.
Avec une telle lumière, les atomes de rubidium répondent plus nettement, et l'horloge gagne en précision plus rapidement. En une seconde de mesure, l'instabilité était de 2×10⁻¹⁴ — c'est comme mesurer un kilomètre avec une erreur de l'épaisseur d'un cheveu. Les versions précédentes de ces horloges donnaient un écart cinq fois plus grand. Le dispositif reste compact et peut fonctionner hors du laboratoire, par exemple sur un satellite ou dans un équipement de terrain.
Un tel étalon de fréquence est un pas vers une navigation sans GPS, où le temps précis est conservé à bord. Et vers des réseaux de communication où la synchronisation est meilleure qu'aujourd'hui.
Les horloges optiques sont si sensibles qu'elles détectent la différence d'écoulement du temps à une hauteur d'un centimètre — à cause de la gravité terrestre.