在奧運賽場上，毫秒定勝負，但這還不是時間的極限。在科學領域，對時間的測量精度已步入E-19量級時代，這相當于把時間測量精確到千億億分之一！如何將這一高精度的時間精確地傳遞出去？最新的科研成果日前發(fā)表在《自然》雜志上。

10月5日，中國科學技術大學潘建偉教授及其同事張強、姜海峰、彭承志等與上海技物所、新疆天文臺、中科院國家授時中心、濟南量子技術研究院和寧波大學等單位合作，通過發(fā)展大功率低噪聲光梳、高靈敏度高精度線性采樣、高穩(wěn)定高效率光傳輸?shù)燃夹g，首次在國際上實現(xiàn)百公里級（相距113公里）的自由空間高精度時間頻率傳遞實驗，時間傳遞穩(wěn)定度達到飛秒量級，頻率傳遞萬秒穩(wěn)定度優(yōu)于4E-19。

原子鐘的誕生重新定義了“秒”，銫原子鐘可以做到一億年只有1秒的誤差，并把時間測量基準帶入量子維度。而現(xiàn)在科學家們又開發(fā)了鍶、鐿等新型原子鐘，它們的頻率要更高，在光學波段，因此被稱作“光學原子鐘”，簡稱“光鐘”。光鐘的測量精度現(xiàn)在已經可以做到千億億分之一，即E-19，在整個宇宙年齡的時間尺度上，誤差不到1秒。

(資料圖)

目前，新型光頻標技術精準程度已經比原有“秒”定義頻標高兩個數(shù)量級。國際計量組織計劃2026年討論“秒”定義變更，技術路線圖的重要一環(huán)就是洲際E-18量級光頻標的時間頻率比對。超長距離高精度時頻傳遞和比對，是目前國際計量和精密測量亟須解決的難題。

而當時間測量精度達到E-19量級之后，將形成新一代的時間頻率標準（光頻標），結合廣域、高精度的時間頻率傳遞可以構建廣域時頻網絡，將在精密導航定位、全球授時、廣域量子通信、物理學基本原理檢驗等領域發(fā)揮重要作用。

《自然》雜志審稿人高度評價這項工作，稱該工作是星地自由空間遠距離光學時間頻率傳遞領域的一項重大突破，將對暗物質探測、物理學基本常數(shù)檢驗、相對論檢驗等基礎物理學研究產生重要影響。

E-19量級是高精度時頻傳遞的發(fā)展趨勢，但此前國際上的相關工作信噪比低、傳輸距離近，難以滿足星地鏈路高精度時頻傳遞的需求。之前，自由空間中的光頻傳輸技術只能實現(xiàn)10公里量級的傳輸距離。

中國科學技術大學彭承志研究員告訴第一財經記者：“此次實驗提高了時間頻率的比對精度，高精度的時間頻率比對是很多物理實驗的基礎，未來五到十年，我們爭取實現(xiàn)星地時間頻率比對。”

時間的精確測量可以讓人們的生活更便利。例如，衛(wèi)星的導航精度與計時精度緊密相關，我們的生活早已離不開導航和定位，要想定位更準確，比如精確到米以下，就需要更好的計時精度。

中科院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院一位研究員告訴第一財經記者：“這項突破不僅帶來地面上遠距離時頻傳遞的應用，還為未來基于中高軌衛(wèi)星的高精度星地時頻傳遞奠定了基礎，星地之間的時間同步精度提高有利于科學觀測的同步。”

此外，在大地測量、地質勘探、雷達探測等等涉及社會民生的領域，精確的時間也都將發(fā)揮重要作用。

標簽： 量子測量