中国科大这次搞定了一项大本事，把锶原子光晶格钟的稳定度和不确定度全部打到了10的负19次方以下，这个数值意味着这台钟只要运转上约300亿年，误差也不会超过1秒。时间精确测量领域，这下中国在国际上可是排到了最前列。这个项目的研发者是潘建伟、戴汉宁、陈宇翱和彭承志他们几个，工作地点就在中国科学技术大学。 大家都知道原子钟是靠原子本身的固有共振频率来定时间的，这玩意儿得给电子云提供特定的频率才能让它们跳级。其实光钟就是在光波这个波段里玩的原子钟，看它有多稳就看输出的频率乱不乱，看它准不准就得看它的不确定度有多大。这两个指标要是都突破了10的负19次方量级，以后用来做引力波探测或者做高精度导航都没问题。 中国科大团队设计了一个“无死时间”的光钟方案。这里的“死时间”指的是原子得先被冷却住、逮住再进行状态调整的那部分时间。这段时间里超稳激光的噪声会混进原子跃迁的频率里，导致钟走得不准。他们的解决办法是弄了一个双原子系统的光钟，里面有两个锶原子光晶格（Sr3a和Sr3b）。当Sr3a在准备原子跃迁的时候，Sr3b就在探测信号；等到Sr3a开始探测了，Sr3b又去准备下一轮了。这样交替着来就完全没有“死时间”了（Zero Dead Time, ZDT）。 光钟要想真正好用，得先弄清楚系统效应造成的频率偏差是多少。这种偏差是由很多因素造成的，像黑体辐射、光晶格、密度和塞曼效应这些都很关键。为了压制这些干扰，团队在模型里做了很多优化工作。比如建立了空间分辨的有限元模型来做原位验证，还用17个高精度温度探测器实时盯着环境变化。 通过优化光束腰斑和原子温度，显著减少了密度频移带来的影响。现在的综合不确定度已经达到了9.2乘以10的负19次方量级，同样是误差300亿年才1秒的水平。 不仅是理论上搞定了问题，他们还做了实际测试。在长期稳定度方面验证了2万秒内的表现非常好；在不确定度方面则是把17个关键点都给解决了。这些研究成果都被发到了国际知名期刊上。 时间这个标准以前用的是铯原子钟定义的秒制，现在国际上要改标准用锶光钟重新定义秒。中国科大的这个成果完全能满足这个要求。 这事儿不仅是实验室里的突破。下一步团队打算把这种光钟搬到天上或者搬到卫星上去。等以后卫星导航系统升级了、全球时间基准更统一了，咱们的生活也能变得更方便、更安全。 从无死时间技术到可移动的钟体研制，从“墨子号”量子卫星带来的启发到远距离比对方案的设计，这些都在逐步搭建一个连接天地的量子精密测量网络。