中科大量子精密測量重磅成果：“秒”或被重新定義

你怎么會有一秒鐘國際上目前使用的定義是在1976年根據銫—33原子鐘確定的現在這個原子鐘還不夠準確未來將使用光學原子鐘，精度達到十億分之一

中國科學技術大學研究團隊實現了百公里自由空間的高精度時頻傳輸，誤差僅為800億年一秒，未來有望重新定義一秒的時間。

實驗結果有效驗證了星地鏈路高精度光頻標比對的可行性，為建立廣域光頻標網邁出了重要一步。

這一成果于2022年10月5日在線發表在國際知名學術期刊《自然》上。

最近幾年來，基于超冷原子光晶格的光學波段原子鐘的穩定性已達到E—19級，將形成新一代時頻標準結合廣域高精度時頻傳輸，可以構建廣域時頻網絡，在精確導航定位，全球授時，廣域量子通信，基礎物理原理試驗等領域將發揮重要作用

比如，當全球范圍內時頻傳輸的穩定性達到E—18的量級時，就會形成秒的新定義，2026年國際計量大會將討論秒的重新定義。

再者，高軌空間具有更低的引力場噪聲環境，光頻標和時頻傳遞的穩定性理論上可以達到E—21級別，有望在引力波探測，暗物質搜索等基礎物理問題的研究中有重大應用。

而傳統的基于微波的衛星時頻傳輸的穩定性只有E—16，無法滿足高精度時頻網絡的需求。

基于光頻梳和相干檢測的自由空間時頻傳輸技術，其穩定性可達E—19級，是高精度時頻傳輸的發展趨勢但以往國際相關工作信噪比低，傳輸距離短，難以滿足星地鏈路高精度時頻傳輸的需求

在這項工作中，研究團隊開發了全保偏光纖飛秒激光技術，實現了瓦級功率輸出的高穩定光頻梳基于低噪聲平衡檢測和集成干涉光纖光路模塊，結合高精度相位提取后處理算法，實現了納米級的高靈敏度線性光學采樣檢測，單次測量精度優于100飛秒進一步提高了光傳輸望遠鏡的穩定性和接收效率

在上述技術突破的基礎上，研究團隊在新疆烏魯木齊成功實現了113km自由空間時頻傳輸每萬秒時間傳輸的穩定性達到飛秒級別，每萬秒頻率傳輸的穩定性優于4E—19系統的相對偏差為6.3e—20±3.4e—19系統最大容許鏈路損耗高達89dB，遠高于中高軌道星地鏈路損耗的典型期望值，充分驗證了星地鏈路的高精度光頻標準

審稿人高度評價了這項工作:這項工作是衛星與地球之間自由空間遠距離光時頻傳輸領域的重大突破，將對暗物質探測，基礎物理常數檢驗，相對論檢驗等基礎物理研究產生重要影響。

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這項工作得到了中國科學院，科技部，基金委，安徽省，上海市和山東省的資助和支持。