300億年誤差不到一秒！我國光鍾里程碑式突破，支撐重新定義“秒”

鍶原子光鍾Sr1裝置系統圖，通過系統性優化提升後，綜合評估了各系統頻移因素的影響

記者近日從中國科學技術大學獲悉，該校潘建偉院士團隊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，相當於300億年誤差不超過1秒。這標誌着我國在時間精密測量領域的研究水平已躋身國際最前列。相關成果日前發表於國際計量領域核心期刊《計量學》。

作爲當今最精密的時間頻率標準，光鍾利用原子內部能級躍遷產生的頻率信號來定義時間，其精度較現有微波時間標準可提升上萬倍，能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。它能爲衛星導航、通信、精密測量等現代科技提供可靠的時間基準。

光鐘的性能主要由“穩定度”與“不確定度”兩大核心指標衡量，穩定度決定了測量結果的精密性，不確定度則決定了測量結果的可信度——兩個指標的數值越小，則光鍾性能越優秀。

在此之前，全球光鐘的穩定度與不確定度綜合性能主要停留在10^-18量級，僅美國國家標準與技術研究院、德國聯邦物理技術研究院等少數頂尖機構接近或觸及該水平。中國科大潘建偉、戴漢寧、陳宇翱、彭承志等人針對制約光鍾性能的關鍵瓶頸開展了長期系統性攻關。通過一系列優化，該團隊使鍶原子光晶格鐘的綜合系統不確定度達到 9.2×10^-19，相當於300億年的誤差不超過1秒。

由於這一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，因此鍶原子光晶格鍾成爲滿足國際單位制秒重新定義要求的高精度光鍾之一，可直接爲我國在未來“秒”的重新定義中貢獻關鍵技術並實現主導。雜誌審稿人評價該成果“對秒的重新定義討論具有重要意義”“性能處於世界上最頂尖梯隊”。

當光鐘的穩定度與不確定度均突破10^-19量級，將有望開啓一系列重要前沿應用，例如可實現毫米級重力位與高度精密測量，使監測地殼形變、地下水位變化、火山活動預警及高精度大地水準面更新成爲可能；又如，它可爲暗物質探測提供新方法，捕捉到暗物質引起的瞬態低頻信號。

此外，該成果還爲發展可搬運光鍾和星載光鍾提供了可行的技術路徑，爲光鍾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。