中科大量子精密测量重磅成果：“秒”或被重新定义

你怎么会有一秒钟国际上目前使用的定义是在1976年根据铯—33原子钟确定的现在这个原子钟还不够准确未来将使用光学原子钟，精度达到十亿分之一

中国科学技术大学研究团队实现了百公里自由空间的高精度时频传输，误差仅为800亿年一秒，未来有望重新定义一秒的时间。

实验结果有效验证了星地链路高精度光频标比对的可行性，为建立广域光频标网迈出了重要一步。

这一成果于2022年10月5日在线发表在国际知名学术期刊《自然》上。

最近几年来，基于超冷原子光晶格的光学波段原子钟的稳定性已达到E—19级，将形成新一代时频标准结合广域高精度时频传输，可以构建广域时频网络，在精确导航定位，全球授时，广域量子通信，基础物理原理试验等领域将发挥重要作用

比如，当全球范围内时频传输的稳定性达到E—18的量级时，就会形成秒的新定义，2026年国际计量大会将讨论秒的重新定义。

再者，高轨空间具有更低的引力场噪声环境，光频标和时频传递的稳定性理论上可以达到E—21级别，有望在引力波探测，暗物质搜索等基础物理问题的研究中有重大应用。

而传统的基于微波的卫星时频传输的稳定性只有E—16，无法满足高精度时频网络的需求。

基于光频梳和相干检测的自由空间时频传输技术，其稳定性可达E—19级，是高精度时频传输的发展趋势但以往国际相关工作信噪比低，传输距离短，难以满足星地链路高精度时频传输的需求

在这项工作中，研究团队开发了全保偏光纤飞秒激光技术，实现了瓦级功率输出的高稳定光频梳基于低噪声平衡检测和集成干涉光纤光路模块，结合高精度相位提取后处理算法，实现了纳米级的高灵敏度线性光学采样检测，单次测量精度优于100飞秒进一步提高了光传输望远镜的稳定性和接收效率

在上述技术突破的基础上，研究团队在新疆乌鲁木齐成功实现了113km自由空间时频传输每万秒时间传输的稳定性达到飞秒级别，每万秒频率传输的稳定性优于4E—19系统的相对偏差为6.3e—20±3.4e—19系统最大容许链路损耗高达89dB，远高于中高轨道星地链路损耗的典型期望值，充分验证了星地链路的高精度光频标准

审稿人高度评价了这项工作:这项工作是卫星与地球之间自由空间远距离光时频传输领域的重大突破，将对暗物质探测，基础物理常数检验，相对论检验等基础物理研究产生重要影响。

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这项工作得到了中国科学院，科技部，基金委，安徽省，上海市和山东省的资助和支持。

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