我國光鐘技術獲重要突破 300億年誤差不到1秒

近期，中國科學技術大學潘建偉、戴漢寧、陳宇翱、彭承志等科研人員在光鐘研制方面取得里程碑式進展，成功將鍶原子光晶格鐘的穩定度和不確定度指標全面突破10?19量級，相當于約300億年的誤差不超過1秒，成為滿足國際單位制秒重新定義要求的高精度光鐘之一。這一成果也標志著我國在時間精密測量領域的研究水平已躋身國際最前列。

▲中國科學技術大學團隊研制的鍶原子晶格光鐘（Sr1）。圖片來源：中國科學技術大學

光鐘作為當今最精密的時間頻率標準，其核心在于利用原子內部能級躍遷產生的頻率信號來定義時間。光鐘能提供極高的計時精度，將直接支撐國際單位制中“秒”的重新定義，使全球時間標準邁入光學時代，精度較現有微波時間標準提升4個數量級。光鐘還能為衛星導航、通信和精密測量等現代科技提供可靠的時間基準，同時為檢驗廣義相對論、探測引力波和暗物質等物理學基礎研究領域提供全新的平臺。

光鐘的性能主要由穩定度與不確定度兩大核心指標（均為數值越小則性能越優）衡量：穩定度表征時鐘輸出頻率的噪聲水平與長期一致性，決定了測量結果的精密性；不確定度則量化了時鐘頻率與微觀粒子能級躍遷固有頻率（即絕對真值）的偏差程度，決定了測量結果的可信度。

當光鐘的穩定度與不確定度均突破10?19量級時，將開啟一系列重要的前沿應用。例如，實現毫米級重力位與高度精密測量，可用于監測地殼形變、地下水位變化、火山活動預警及高精度大地水準面更新，支持災害防控與資源勘探；提供暗物質探測的新方法，可捕捉暗物質引起的瞬態低頻信號，有望超越傳統粒子實驗平臺。特別是這一精度水平已顯著超過國際計量界對“秒”重新定義的門檻要求（國際標準要求至少3個獨立光學時間標準的不確定度優于2×10-18，并經多機構驗證）。穩定度與不確定度雙10?19性能可直接為我國在未來“秒”的重新定義中貢獻關鍵技術并實現主導。

以往全球光鐘的穩定度與不確定度綜合性能主要停留在10-18量級，僅少數頂尖機構（如美國國家標準與技術研究院、德國聯邦物理技術研究院等）接近或觸及該水平。

中國科學技術大學研究團隊針對制約光鐘性能的關鍵瓶頸開展了長期系統性攻關，并于近期在穩定度和不確定度方面取得多項突破性進展，使光鐘的綜合系統不確定度達到9.2×10?19，相當于約300億年的誤差不超過1秒，成為滿足國際單位制秒重新定義要求的高精度光鐘之一。

相關成果不僅使得我國在光鐘研制方面躋身國際頂尖梯隊，也為發展可搬運光鐘和星載光鐘提供了可行的技術路徑，為光鐘技術在檢驗基本物理學定律、支撐下一代衛星導航系統、構建全球統一超高精度時間基準等領域的深度應用奠定了堅實可靠的基礎。

來源：中央廣播電視總臺

責任編輯：閆文藝