在奧運(yùn)賽場(chǎng)上，毫秒定勝負(fù)，但這還不是時(shí)間的極限。在科學(xué)領(lǐng)域，對(duì)時(shí)間的測(cè)量精度已步入E-19量級(jí)時(shí)代，這相當(dāng)于把時(shí)間測(cè)量精確到千億億分之一！如何將這一高精度的時(shí)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(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉教授及其同事張強(qiáng)、姜海峰、彭承志等與上海技物所、新疆天文臺(tái)、中科院國(guó)家授時(shí)中心、濟(jì)南量子技術(shù)研究院和寧波大學(xué)等單位合作，通過(guò)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(guó)際上實(shí)現(xiàn)百公里級(jí)（相距113公里）的自由空間高精度時(shí)間頻率傳遞實(shí)驗(yàn)，時(shí)間傳遞穩(wěn)定度達(dá)到飛秒量級(jí)，頻率傳遞萬(wàn)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(shí)間測(cè)量基準(zhǔn)帶入量子維度。而現(xiàn)在科學(xué)家們又開(kāi)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(jiǎn)稱“光鐘”。光鐘的測(cè)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(gè)宇宙年齡的時(shí)間尺度上，誤差不到1秒。
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(gè)數(shù)量級(jí)。國(guó)際計(jì)量組織計(jì)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(jí)光頻標(biāo)的時(shí)間頻率比對(duì)。超長(zhǎng)距離高精度時(shí)頻傳遞和比對(duì)，是目前國(guó)際計(jì)量和精密測(cè)量亟須解決的難題。
而當(dāng)時(shí)間測(cè)量精度達(dá)到E-19量級(jí)之后，將形成新一代的時(shí)間頻率標(biāo)準(zhǔn)（光頻標(biāo)），結(jié)合廣域、高精度的時(shí)間頻率傳遞可以構(gòu)建廣域時(shí)頻網(wǎng)絡(luò)，將在精密導(dǎo)航定位、全球授時(shí)、廣域量子通信、物理學(xué)基本原理檢驗(yàn)等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。
《自然》雜志審稿人高度評(píng)價(jià)這項(xiàng)工作，稱該工作是星地自由空間遠(yuǎn)距離光學(xué)時(shí)間頻率傳遞領(lǐng)域的一項(xiàng)重大突破，將對(duì)暗物質(zhì)探測(cè)、物理學(xué)基本常數(shù)檢驗(yàn)、相對(duì)論檢驗(yàn)等基礎(chǔ)物理學(xué)研究產(chǎn)生重要影響。
E-19量級(jí)是高精度時(shí)頻傳遞的發(fā)展趨勢(shì)，但此前國(guó)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(shí)頻傳遞的需求。之前，自由空間中的光頻傳輸技術(shù)只能實(shí)現(xiàn)10公里量級(jí)的傳輸距離。
中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)彭承志研究員告訴第一財(cái)經(jīng)記者：“此次實(shí)驗(yàn)提高了時(shí)間頻率的比對(duì)精度，高精度的時(shí)間頻率比對(duì)是很多物理實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，未來(lái)五到十年，我們爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)星地時(shí)間頻率比對(duì)。”
時(shí)間的精確測(cè)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(jì)時(shí)精度緊密相關(guān)，我們的生活早已離不開(kāi)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(jì)時(shí)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(cái)經(jīng)記者：“這項(xiàng)突破不僅帶來(lái)地面上遠(yuǎn)距離時(shí)頻傳遞的應(yīng)用，還為未來(lái)基于中高軌衛(wèi)星的高精度星地時(shí)頻傳遞奠定了基礎(chǔ)，星地之間的時(shí)間同步精度提高有利于科學(xué)觀測(cè)的同步。”
此外，在大地測(cè)量、地質(zhì)勘探、雷達(dá)探測(cè)等等涉及社會(huì)民生的領(lǐng)域，精確的時(shí)間也都將發(fā)揮重要作用。
