記者日前從中國科學技術大學獲悉，該校潘建偉、戴漢寧、陳宇翱、彭承志等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300億年誤差不超過1秒，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。
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。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。值得一提的是，當以上兩大核心指標均突破10^[-19]量級時，這樣的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，達到這一性能可直接為我國在未來“秒”的重新定義中貢獻關鍵技術。
團隊設計并構建了一套精密的雙鐘比對系統，該系統包含兩個完全獨立的鍶原子光晶格鐘：一個是經過細致優化的高性能參考鐘，另一個是集成了兩套緊湊型原子系統的零死時間鐘。零死時間鐘通過高精度時序同步與交替拉姆齊光譜探測，使得合成后的靈敏度函數在整個周期內幾乎恒為1，從而實現了對本地振蕩器頻率的連續檢測，突破了傳統瓶頸。通過兩臺獨立鍶光鐘的直接拍頻比對，驗證了2萬秒積分時間內的長期穩定度優于2.9×10^[-19]。
在不確定度方面，團隊針對制約鍶光鐘精度的核心系統效應展開了攻關，通過一系列優化，使鍶原子光晶格鐘綜合系統不確定度達到9.2×10^[-19]，相當于300億年誤差不超過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。
責任編輯：陸迪
