72 亿年仅误差一秒：我国成功研制超稳定锶原子光晶格钟，全球第二

IT之家 1 月 25 日消息，据中国科学技术大学（中国科大）官网消息，该校潘建伟、陈宇翱、戴汉宁等组成的研究团队，成功研制了万秒稳定度和不确定度均优于 5×10-18（相当于数十亿年的误差不超过一秒）锶原子光晶格钟。

根据公开发表的数据，该系统不仅是当前国内综合指标最好的光钟，也使得我国成为继美国之后第二个达到上述综合指标的国家。该成果对未来实现远距离光钟比对、建立超高精度的光频标基准和全球性光钟网络奠定了重要的技术基础。

目前，最先进的光钟比国际上用于秒定义的微波喷泉钟的精度高出了两个数量级以上。正是基于量子精密测量技术的发展，第二十七届国际计量大会通过了“关于秒的未来重新定义”的决议，计划于 2026 年提出关于利用光钟重新定义国际单位制（SI）“秒”的具体路线，并将在 2030 年做出最终决定。

为了推动基于光钟的新一代秒定义，要求至少 3 个不同实验室的光钟不确定度优于 2×10-18，并通过光学链路或移动光钟实现优于 5×10-18 的频率比对精度。

研究团队近年来在基于光晶格的超冷原子量子模拟方面开展了卓有成效的工作，已先后在《自然》和《科学》发表了 9 篇论文，为发展高精度的光晶格钟奠定了必要的技术基础。

在该工作中，研究团队实现了锶原子（87Sr）的激光冷却，并将其束缚在长寿命的一维光晶格中，利用一束预先锁定到超稳腔的超稳激光来探寻锶原子钟态跃迁，并实现了光钟闭环运行。

通过两套独立的锶原子光晶格钟（Sr 1 和 Sr 2）进行了频率比对测量，得到单套光钟的稳定度在 10000 秒积分时间被达到了 4×10-18，在 47000 秒达到了 2.1×10-18，整体达到了 5.4×10-16 / sqrt (τ)，τ 是积分测量的时间。

在此基础上，研究团队还对 Sr 1 光钟的系统频移因素开展了逐项评定，最终得到其系统不确定度为 4.4×10-18 相当于 72 亿年仅偏差 1 秒。上述性能指标表明该光钟系统已部分满足“秒”重新定义的要求。

中国科大表示，该研究工作提升了我国原子光频标的性能指标，结合潘建伟、张强、姜海峰、彭承志等前期实现的万秒稳定度优于 4×10-19 的百公里自由空间高精度时间频率传递 [Nature 610, 661 (2022)]，为下一步建立远距离光钟比对（如 Sr / Yb, Sr / Ca+）奠定了坚实基础，对未来构建新一代全球时间基准乃至提供引力波探测、暗物质搜索的新方法等具有重要价值。

相关成果于 1 月 12 日发表于国际计量领域重要学术期刊《计量学》，IT之家附论文链接：

https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1681-7575/ad1a4c

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