中國科學院突破性研發液氮低溫鈣離子光鐘 精確度達720億年誤差不超過1秒

中國科學院精密測量科學與技術創新研究院近日成功研製出第二代液氮低溫鈣離子光鐘，其總系統不確定度達到4.4E-19（即千億億分之一），相當於連續計時約720億年的誤差不超過1秒，創下目前已知光鐘不確定度指標的最高紀錄。這項突破性成果已發表於國際知名期刊《物理評論通訊》（PhysicalReviewLetters）。光鐘是利用光產生時間基準的高精密儀器，被公認為人類目前能實現的最高精度時間計量裝置。根據不同的頻標體系，光鐘可分為鈣離子光鐘、鋁離子光鐘、鍶原子光鐘及鐿原子光鐘等多種類型。這類高精度計時設備在地球測地學、導航定位系統、通訊網路及城市交通管理等領域具有重要應用價值。中國科學院精密測量院高克林團隊在鈣離子光鐘研究領域深耕近30年，於2022年已成功研製出不確定度為3E-18（百億億分之一）的鈣離子光鐘，相當於運行105億年偏差不到1秒。此次研究在前期成果基礎上，團隊採用液氮低溫技術路線，成功克服了黑體輻射頻移與離子熱運動精密控制等關鍵技術挑戰，將鈣離子光鐘系統不確定度提升至E-19量級。據專家介紹，光鐘系統不確定度直接決定了未來時間頻率基準的準確性和可靠性。這項技術突破在基礎研究領域將提升對基本物理定律檢驗的靈敏度，為探索超越標準模型的新物理提供更精確工具；在計量應用方面，將為基於光鐘重新定義國際單位制「秒」提供技術支援；在工程應用層面，則將為下一代重力測量、精密導航定位等技術提供核心頻率基準。