我國成功研制72億年僅誤差一秒的鍶原子光晶格鐘
記者25日從中國科學技術大學獲悉，該校潘建偉、陳宇翱、戴漢寧等組成的研究團隊，成功研制了萬秒穩定度和不確定度均優于5×10-18（相當于數十億年的誤差不超過一秒）鍶原子光晶格鐘。據公開發表的數據，該系統不僅是當前國內綜合指標最好的光鐘，也使得我國成為繼美國之后第二個達到上述綜合指標的國家。相關成果日前發表于國際計量領域重要學術期刊《計量學》。
目前，最先進的光鐘比國際上用于秒定義的微波噴泉鐘的精度高出了兩個數量級以上。正是基于量子精密測量技術的發展，第二十七屆國際計量大會通過了“關于秒的未來重新定義”的決議，計劃于2026年提出關于利用光鐘重新定義國際單位制（SI）“秒”的具體路線，并將在2030年作出最終決定。為了推動基于光鐘的新一代秒定義，要求至少3個不同實驗室的光鐘不確定度優于2×10-18，并通過光學鏈路或移動光鐘實現優于5×10-18的頻率比對精度。
在前期工作的基礎上，研究團隊實現了鍶原子（87Sr）的激光冷卻，并將其束縛在長壽命的一維光晶格中，利用一束預先鎖定到超穩腔的超穩激光來探尋鍶原子鐘態躍遷，并實現了光鐘閉環運行。通過兩套獨立的鍶原子光晶格鐘進行了頻率比對測量，得到單套光鐘的穩定度在10000秒積分時間被達到了4×10-18，在47000秒達到了2.1×10-18。在此基礎上，研究團隊還對Sr1光鐘的系統頻移因素開展了逐項評定，最終得到其系統不確定度為4.4×10-18，相當于72億年僅偏差1秒。上述性能指標表明該光鐘系統已部分滿足“秒”重新定義的要求。
該成果對未來實現遠距離光鐘比對、建立超高精度的光頻標基準和全球性光鐘網絡奠定了重要的技術基礎，對未來構建新一代全球時間基準乃至提供引力波探測、暗物質搜索的新方法等具有重要價值。
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