История атомных часов начинается в 1955 году, когда физик Луис Эссен построил первый прототип подобного устройства, взяв за основу работы своего коллеги Исидора Раби. Ритм часов измерялся колебаниями электронов в атоме цезия между двумя энергетическими уровнями. Точность прибора составляла 1 к 10 в десятой степени, т.е. часы отставали на одну секунду каждые 300 лет.

С 1955 года было принято стандартное измерение времени в астрономических секундах, продолжительность каждой из которых равно периоду, вмещающему 9192631770 переходов электронов между двумя энергетическими уровнями в атоме цезия-133. Такая формулировка была утверждена Международной палатой мер и весов в 1967 году.

Следующий существенный прорыв в создании атомных часов произошел в 1989 году, когда ученые из Стэнфордского университета изобрели «атомный фонтан». Стремясь свести к минимуму все возможные факторы внешнего влияния, физики создали шар из миллионов атомов цезия, охлажденный до температуры бесконечно близкой к абсолютному нолю (-273 градуса по шкале Цельсия). Шар, помещенный в пересечение лазерных лучей, испускает электроны, траектория и частота которых не зависят от влияния внешней среды.

Именно часы, построенные на «атомном фонтане», установлены ныне в Парижской обсерватории, а их близнец отмеряет точное время для Северной Америки в университете Болдера штата Колорадо. Погрешность «атомного фонтана» составляет одну секунду на 80 миллионов лет.

Однако во всех конструкциях атомных часов существовал изъян, который усложнял их использование. Дело в том, что для определения каждой секунды надо отсчитать точное количество колебаний электронов. Современные детекторы могут справиться с такой задачей, но риск возникновения погрешности слишком велик. Необходимо было создать систему, колебания в которой можно было зафиксировать более точно.