我國(guó)光鐘技術(shù)獲重要突破 300億年誤差不到1秒
來源：央視新聞 時(shí)間：2026-03-09 16:14
記者從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，近期，該校潘建偉、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(jìn)展，成功將鍶原子光晶格鐘的穩(wěn)定度和不確定度指標(biāo)全面突破10?19量級(jí)，相當(dāng)于約300億年的誤差不超過1秒，成為滿足國(guó)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(biāo)志著我國(guó)在時(shí)間精密測(cè)量領(lǐng)域的研究水平已躋身國(guó)際最前列。相關(guān)成果于3月5日在國(guó)際計(jì)量領(lǐng)域期刊《計(jì)量學(xué)》發(fā)表。
光鐘作為當(dāng)今最精密的時(shí)間頻率標(biāo)準(zhǔn)，其核心在于利用原子內(nèi)部能級(jí)躍遷產(chǎn)生的頻率信號(hào)來定義時(shí)間。光鐘能提供極高的計(jì)時(shí)精度，將直接支撐國(guó)際單位制中“秒”的重新定義，使全球時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)邁入光學(xué)時(shí)代，精度較現(xiàn)有微波時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)提升4個(gè)數(shù)量級(jí)。光鐘還能為衛(wèi)星導(dǎo)航、通信和精密測(cè)量等現(xiàn)代科技提供可靠的時(shí)間基準(zhǔn)，同時(shí)為檢驗(yàn)廣義相對(duì)論、探測(cè)引力波和暗物質(zhì)等物理學(xué)基礎(chǔ)研究領(lǐng)域提供全新的平臺(tái)。
光鐘的性能主要由穩(wěn)定度與不確定度兩大核心指標(biāo)（均為數(shù)值越小則性能越優(yōu)）衡量：穩(wěn)定度表征時(shí)鐘輸出頻率的噪聲水平與長(zhǎng)期一致性，決定了測(cè)量結(jié)果的精密性；不確定度則量化了時(shí)鐘頻率與微觀粒子能級(jí)躍遷固有頻率（即絕對(duì)真值）的偏差程度，決定了測(cè)量結(jié)果的可信度。
當(dāng)光鐘的穩(wěn)定度與不確定度均突破10?19量級(jí)時(shí)，將開啟一系列重要的前沿應(yīng)用，例如，實(shí)現(xiàn)毫米級(jí)重力位與高度精密測(cè)量，可用于監(jiān)測(cè)地殼形變、地下水位變化、火山活動(dòng)預(yù)警及高精度大地水準(zhǔn)面更新，支持災(zāi)害防控與資源勘探；提供暗物質(zhì)探測(cè)的新方法，可捕捉暗物質(zhì)引起的瞬態(tài)低頻信號(hào)，有望超越傳統(tǒng)粒子實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。特別是這一精度水平已顯著超過國(guó)際計(jì)量界對(duì)“秒”重新定義的門檻要求（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)要求至少3個(gè)獨(dú)立光學(xué)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)的不確定度優(yōu)于2*10-18，并經(jīng)多機(jī)構(gòu)驗(yàn)證）。穩(wěn)定度與不確定度雙10?19性能可直接為我國(guó)在未來“秒”的重新定義中貢獻(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)并實(shí)現(xiàn)主導(dǎo)。
以往全球光鐘的穩(wěn)定度與不確定度綜合性能主要停留在10-18量級(jí)，僅少數(shù)頂尖機(jī)構(gòu)（如美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院、德國(guó)聯(lián)邦物理技術(shù)研究院等）接近或觸及該水平。
中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)制約光鐘性能的關(guān)鍵瓶頸開展了長(zhǎng)期系統(tǒng)性攻關(guān)，并于近期在穩(wěn)定度和不確定度方面取得多項(xiàng)突破性進(jìn)展，使光鐘的綜合系統(tǒng)不確定度達(dá)到9.2*10?19，相當(dāng)于約300億年的誤差不超過1秒，成為滿足國(guó)際單位制秒重新定義要求的高精度光鐘之一。
相關(guān)成果不僅使得我國(guó)在光鐘研制方面躋身國(guó)際頂尖梯隊(duì)，也為發(fā)展可搬運(yùn)光鐘和星載光鐘提供了可行的技術(shù)路徑，為光鐘技術(shù)在檢驗(yàn)基本物理學(xué)定律、支撐下一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、構(gòu)建全球統(tǒng)一超高精度時(shí)間基準(zhǔn)等領(lǐng)域的深度應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)可靠的基礎(chǔ)。
責(zé)任編輯：王奕博
