中科大团队实现时间量子精密测量重大突破

日前，中国科学技术大学潘建伟团队与上海技物所、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，首次在国际上实现百公里级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，频率传递稳定度达到千亿亿分之一。相关成果于10月5日晚在线发表于国际著名学术期刊《自然》。

古往今来，人类对时间的探索贯穿着整个人类文明史。如何测量时间，正是其中一个重要内容。因为原子钟的优异性能，在1967年第13届国际度量衡会议上，秒由铯原子钟重新定义。从此，时间基准所依据的不再是天体规律，而是量子世界中原子的行为，铯原子钟可以做到一亿年只有1秒误差。

铯原子钟的频率在微波波段，科学家们又开发了锶、镱等新型原子钟，它们的频率更高，在光学波段，因此被称作“光学原子钟”，简称“光钟”。光钟的测量精度已经可以达到千亿亿分之一，在整个宇宙年龄的时间尺度上，误差还不到1秒。因此，国际计量组织计划2026年讨论“秒”的重新定义。

光钟的测量精度已达到千亿亿分之一，很有可能成为下一代时间频率标准。面对于此，我们还要有与之精度相匹配的时间传递技术。如何实现精度千亿亿分之一的时间传递？全球性光钟网络的建立，急需高精度的自由空间时频传递技术。之前，这一技术最多只能实现10公里量级的传输距离且信噪比低。最近，潘建伟团队及合作者，基于光梳技术，成功地在相隔113公里的新疆南山天文台和高崖子天文台之间实现了稳定的时频传递，精度达到千亿亿分之一，满足了通过卫星进行高精度时频传递的需求。

这一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。《自然》杂志审稿人高度评价该工作：“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。”

科学家表示，时间的精确测量和传递，将使人们能够对相对论原理、各种引力理论、暗物质模型等基础物理进行实验检验。测量结果的微小不同，带来的可能是时空观念的转变。

时间的精确测量也可以让人类的生活更便利。在卫星导航、大地测量、地质勘探、雷达探测等涉及社会民生的领域，越来越精确的时间，也会带来越来越便捷的体验。

因此，此次中科大在国际上首次实现百公里级的自由空间高精度时间频率传递实验，有效验证了星地链路高精度光频标比对的可行性，向建立广域光频标网络迈出重要一步。