由中國科大潘建偉、陳宇翱、戴漢寧等組成的研究團隊，成功研製了萬秒穩定度和不確定度均優於5×10 -18 （相當於數十億年的誤差不超過一秒^）鍶原子光晶格鐘。根據公開發表的數據，該系統不僅是目前國內綜合指標最好的光鐘，也使得我國成為繼美國之後第二個達到上述綜合指標的國家。

此成果對未來實現遠距離光鐘比對、建立超高精度的光頻標基準和全球光鐘網路奠定了重要的技術基礎。相關成果於1月12日發表於國際計量領域重要學術期刊《計量學》。

目前，最先進的光鐘比國際上用於秒定義的微波噴泉鐘的精度高出了兩個數量級以上。正是基於量子精密測量技術的發展，第二十七屆國際計量大會通過了「關於秒的未來重新定義」的決議，計劃於2026年提出關於利用光鐘重新定義國際單位制（SI）「秒」的具體路線，並將在2030年做出最終決定。為了推動基於光鐘的新一代秒定義，要求至少3個不同實驗室的光鐘不確定度優於2×10 ^-18，並透過光學鏈路或移動光鐘實現優於5×10 ^-18的頻率比對精度。

圖1 中國科大Sr 1和Sr 2光鐘的非同步比對操作與穩定度效能

研究團隊近年來在基於光晶格的超冷原子量子模擬方面開展了卓有成效的工作，已先後在《自然》和《科學》發表了9篇論文，為發展高精度的光晶格鐘奠定了必要的技術基礎。在該工作中，研究團隊實現了鍶原子（⁸⁷ Sr）的雷射冷卻，並將其束縛在長壽命的一維光晶格中，利用一束預先鎖定到超穩腔的超穩雷射來探尋鍶原子鐘態躍遷，並實現了光鐘閉環運行。透過兩套獨立的鍶原子光晶格鐘（Sr 1和Sr 2）進行了頻率比對測量，得到單套光鐘的穩定度在10000秒積分時間被達到了4×10 -18 ，在⁴⁷⁰⁰⁰秒達到了2.1×10 ^-18，整體達到了5.4×10 ^-16 /sqrt(τ)，τ是積分測量的時間。在此基礎上，研究團隊也對Sr 1光鐘的系統頻移因素進行了逐項評定，最終得到其係統不確定度為4.4×10 -18相當於⁷²億年僅偏差1秒。上述性能指標顯示該光鐘系統已部分滿足「秒」重新定義的要求。

該研究工作提升了我國原子光頻標的性能指標，結合潘建偉、張強、薑海峰、彭承誌等前期實現的萬秒穩定度優於4×10 ^-19的百公里自由空間高精度時間頻率傳遞[Nature 610, 661 (2022)]，為下一步建立遠距離光鐘比對（如Sr/Yb, Sr/Ca ⁺）奠定了堅實基礎，對未來構建新一代全球時間基準乃至提供引力波探測、暗物質搜索的新方法等具有重要價值。

這項研究工作得到了科技部、安徽省、上海市、自然科學基金委、中國科學院和新基石科學基金會等的資助。

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