我国光钟技术获重要突破 300亿年误差不到1秒

近期，中国科学技术大学潘建伟、戴汉宁、陈宇翱、彭承志等科研人员在光钟研制方面取得里程碑式进展，成功将锶原子光晶格钟的稳定度和不确定度指标全面突破10−19量级，相当于约300亿年的误差不超过1秒，成为满足国际单位制秒重新定义要求的高精度光钟之一。这一成果也标志着我国在时间精密测量领域的研究水平已跻身国际最前列。

▲中国科学技术大学团队研制的锶原子晶格光钟（Sr1）。图片来源：中国科学技术大学

光钟作为当今最精密的时间频率标准，其核心在于利用原子内部能级跃迁产生的频率信号来定义时间。光钟能提供极高的计时精度，将直接支撑国际单位制中“秒”的重新定义，使全球时间标准迈入光学时代，精度较现有微波时间标准提升4个数量级。光钟还能为卫星导航、通信和精密测量等现代科技提供可靠的时间基准，同时为检验广义相对论、探测引力波和暗物质等物理学基础研究领域提供全新的平台。

光钟的性能主要由稳定度与不确定度两大核心指标（均为数值越小则性能越优）衡量：稳定度表征时钟输出频率的噪声水平与长期一致性，决定了测量结果的精密性；不确定度则量化了时钟频率与微观粒子能级跃迁固有频率（即绝对真值）的偏差程度，决定了测量结果的可信度。

当光钟的稳定度与不确定度均突破10−19量级时，将开启一系列重要的前沿应用。例如，实现毫米级重力位与高度精密测量，可用于监测地壳形变、地下水位变化、火山活动预警及高精度大地水准面更新，支持灾害防控与资源勘探；提供暗物质探测的新方法，可捕捉暗物质引起的瞬态低频信号，有望超越传统粒子实验平台。特别是这一精度水平已显著超过国际计量界对“秒”重新定义的门槛要求（国际标准要求至少3个独立光学时间标准的不确定度优于2×10-18，并经多机构验证）。稳定度与不确定度双10−19性能可直接为我国在未来“秒”的重新定义中贡献关键技术并实现主导。

以往全球光钟的稳定度与不确定度综合性能主要停留在10-18量级，仅少数顶尖机构（如美国国家标准与技术研究院、德国联邦物理技术研究院等）接近或触及该水平。

中国科学技术大学研究团队针对制约光钟性能的关键瓶颈开展了长期系统性攻关，并于近期在稳定度和不确定度方面取得多项突破性进展，使光钟的综合系统不确定度达到9.2×10−19，相当于约300亿年的误差不超过1秒，成为满足国际单位制秒重新定义要求的高精度光钟之一。

相关成果不仅使得我国在光钟研制方面跻身国际顶尖梯队，也为发展可搬运光钟和星载光钟提供了可行的技术路径，为光钟技术在检验基本物理学定律、支撑下一代卫星导航系统、构建全球统一超高精度时间基准等领域的深度应用奠定了坚实可靠的基础。

来源：中央广播电视总台

责任编辑：闫文艺