在奧運賽場上，毫秒定勝負(fù)，但這還不是時間的極限。在科學(xué)領(lǐng)域，對時間的測量精度已步入E-19量級時代，這相當(dāng)于把時間測量精確到千億億分之一！如何將這一高精度的時間精確地傳遞出去？最新的科研成果日前發(fā)表在《自然》雜志上。

10月5日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉教授及其同事張強、姜海峰、彭承志等與上海技物所、新疆天文臺、中科院國家授時中心、濟南量子技術(shù)研究院和寧波大學(xué)等單位合作，通過發(fā)展大功率低噪聲光梳、高靈敏度高精度線性采樣、高穩(wěn)定高效率光傳輸?shù)燃夹g(shù)，首次在國際上實現(xiàn)百公里級（相距113公里）的自由空間高精度時間頻率傳遞實驗，時間傳遞穩(wěn)定度達(dá)到飛秒量級，頻率傳遞萬秒穩(wěn)定度優(yōu)于4E-19。

原子鐘的誕生重新定義了“秒”，銫原子鐘可以做到一億年只有1秒的誤差，并把時間測量基準(zhǔn)帶入量子維度。而現(xiàn)在科學(xué)家們又開發(fā)了鍶、鐿等新型原子鐘，它們的頻率要更高，在光學(xué)波段，因此被稱作“光學(xué)原子鐘”，簡稱“光鐘”。光鐘的測量精度現(xiàn)在已經(jīng)可以做到千億億分之一，即E-19，在整個宇宙年齡的時間尺度上，誤差不到1秒。

(資料圖)

目前，新型光頻標(biāo)技術(shù)精準(zhǔn)程度已經(jīng)比原有“秒”定義頻標(biāo)高兩個數(shù)量級。國際計量組織計劃2026年討論“秒”定義變更，技術(shù)路線圖的重要一環(huán)就是洲際E-18量級光頻標(biāo)的時間頻率比對。超長距離高精度時頻傳遞和比對，是目前國際計量和精密測量亟須解決的難題。

而當(dāng)時間測量精度達(dá)到E-19量級之后，將形成新一代的時間頻率標(biāo)準(zhǔn)（光頻標(biāo)），結(jié)合廣域、高精度的時間頻率傳遞可以構(gòu)建廣域時頻網(wǎng)絡(luò)，將在精密導(dǎo)航定位、全球授時、廣域量子通信、物理學(xué)基本原理檢驗等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

《自然》雜志審稿人高度評價這項工作，稱該工作是星地自由空間遠(yuǎn)距離光學(xué)時間頻率傳遞領(lǐng)域的一項重大突破，將對暗物質(zhì)探測、物理學(xué)基本常數(shù)檢驗、相對論檢驗等基礎(chǔ)物理學(xué)研究產(chǎn)生重要影響。

E-19量級是高精度時頻傳遞的發(fā)展趨勢，但此前國際上的相關(guān)工作信噪比低、傳輸距離近，難以滿足星地鏈路高精度時頻傳遞的需求。之前，自由空間中的光頻傳輸技術(shù)只能實現(xiàn)10公里量級的傳輸距離。

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)彭承志研究員告訴第一財經(jīng)記者：“此次實驗提高了時間頻率的比對精度，高精度的時間頻率比對是很多物理實驗的基礎(chǔ)，未來五到十年，我們爭取實現(xiàn)星地時間頻率比對?！?/p>

時間的精確測量可以讓人們的生活更便利。例如，衛(wèi)星的導(dǎo)航精度與計時精度緊密相關(guān)，我們的生活早已離不開導(dǎo)航和定位，要想定位更準(zhǔn)確，比如精確到米以下，就需要更好的計時精度。

中科院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院一位研究員告訴第一財經(jīng)記者：“這項突破不僅帶來地面上遠(yuǎn)距離時頻傳遞的應(yīng)用，還為未來基于中高軌衛(wèi)星的高精度星地時頻傳遞奠定了基礎(chǔ)，星地之間的時間同步精度提高有利于科學(xué)觀測的同步。”

此外，在大地測量、地質(zhì)勘探、雷達(dá)探測等等涉及社會民生的領(lǐng)域，精確的時間也都將發(fā)揮重要作用。

標(biāo)簽： 自由空間 時間測量 測量精度 精密測量 傳輸距離