720億年誤差不超過1秒 陸研發出低溫鈣離子光鐘

▲液氮低溫鈣離子光鐘。（圖／翻攝中國科學院官網）

記者陳冠宇／綜合報導

中國科學院研究團隊成功研製出第二代液氮低溫鈣離子光鐘，總系統不確定度達到4.4E-19（E-19表示千億億分之一），相當於連續計時約720億年誤差不超過1秒，是目前已知的不確定度指標最高的光鐘（Optical Clock）。

上述成果由中國科學院精密測量科學與技術創新研究院囚禁離子物理研究團隊獲得，近日發表於國際期刊《物理評論通訊》（Physical Review Letters）。

光鐘是一種利用光產生時間基準的精密儀器，是迄今人類能夠實現的精度最高的時間計量裝置，在地球測地學、導航定位系統、通訊網路、城市交通管理等領域發揮重要作用。

目前，具有代表性的光頻標體系有原子或離子，光鐘可分為鈣離子光鐘、鋁離子光鐘、鍶原子光鐘、鐿原子光鐘等。

中國科學院精密測量院高克林團隊從事鈣離子光鐘研究近30年，於2022年研製出不確定度為3E-18（E-18表示百億億分之一）、相當於運行105億年偏差不到1秒的鈣離子光鐘。

此次研究在上述成果基礎上，發展出液氮低溫技術路線，攻克黑體輻射頻移與離子熱運動（宏運動）精密控制等關鍵技術挑戰，研製出總系統不確定度達到4.4E-19的鈣離子光鐘，將鈣離子光鐘系統不確定度推進至E-19量級。

據介紹，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。這項成果在基礎研究領域，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，該成果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，將為發展下一代重力測量、精密導航定位等技術提供核心頻率基準。