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潘建伟团队获量子精密测量重大突破,对科研和日常生活有何影响

潘建伟团队获量子精密测量重大突破,对科研和日常生活有何影响
2022年10月06日 14:50 新浪网 作者 一财网

   在科学领域,对时间的测量精度已步入E-19量级时代,这相当于把时间测量精确到千亿亿分之一!如何将这一高精度的时间精确地传递出去?最新的科研成果日前发表在《自然》杂志上。

  在奥运赛场上,毫秒定胜负,但这还不是时间的极限。在科学领域,对时间的测量精度已步入E-19量级时代,这相当于把时间测量精确到千亿亿分之一!如何将这一高精度的时间精确地传递出去?最新的科研成果日前发表在《自然》杂志上。

  10月5日,中国科学技术大学潘建伟教授及其同事张强、姜海峰、彭承志等与上海技物所、新疆天文台、中科院国家授时中心、济南量子技术研究院和宁波大学等单位合作,通过发展大功率低噪声光梳、高灵敏度高精度线性采样、高稳定高效率光传输等技术,首次在国际上实现百公里级(相距113公里)的自由空间高精度时间频率传递实验,时间传递稳定度达到飞秒量级,频率传递万秒稳定度优于4E-19。

  原子钟的诞生重新定义了“秒”,铯原子钟可以做到一亿年只有1秒的误差,并把时间测量基准带入量子维度。而现在科学家们又开发了锶、镱等新型原子钟,它们的频率要更高,在光学波段,因此被称作“光学原子钟”,简称“光钟”。光钟的测量精度现在已经可以做到千亿亿分之一,即E-19,在整个宇宙年龄的时间尺度上,误差不到1秒。

  目前,新型光频标技术精准程度已经比原有“秒”定义频标高两个数量级。国际计量组织计划2026年讨论“秒”定义变更,技术路线图的重要一环就是洲际E-18量级光频标的时间频率比对。超长距离高精度时频传递和比对,是目前国际计量和精密测量亟须解决的难题。

  而当时间测量精度达到E-19量级之后,将形成新一代的时间频率标准(光频标),结合广域、高精度的时间频率传递可以构建广域时频网络,将在精密导航定位、全球授时、广域量子通信、物理学基本原理检验等领域发挥重要作用。

  《自然》杂志审稿人高度评价这项工作,称该工作是星地自由空间远距离光学时间频率传递领域的一项重大突破,将对暗物质探测、物理学基本常数检验、相对论检验等基础物理学研究产生重要影响。

  E-19量级是高精度时频传递的发展趋势,但此前国际上的相关工作信噪比低、传输距离近,难以满足星地链路高精度时频传递的需求。之前,自由空间中的光频传输技术只能实现10公里量级的传输距离。

  中国科学技术大学彭承志研究员告诉第一财经记者:“此次实验提高了时间频率的比对精度,高精度的时间频率比对是很多物理实验的基础,未来五到十年,我们争取实现星地时间频率比对。”

  时间的精确测量可以让人们的生活更便利。例如,卫星的导航精度与计时精度紧密相关,我们的生活早已离不开导航和定位,要想定位更准确,比如精确到米以下,就需要更好的计时精度。

  中科院微小卫星创新研究院一位研究员告诉第一财经记者:“这项突破不仅带来地面上远距离时频传递的应用,还为未来基于中高轨卫星的高精度星地时频传递奠定了基础,星地之间的时间同步精度提高有利于科学观测的同步。”

  此外,在大地测量、地质勘探、雷达探测等等涉及社会民生的领域,精确的时间也都将发挥重要作用。

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