據(jù)新華社5日消息，記者從中國科學(xué)院獲悉，我國科研團隊在國際上首次實現(xiàn)了百公里級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（千萬億分之一秒）量級，頻率傳遞萬秒穩(wěn)定度優(yōu)于4E-19（相當(dāng)于時鐘約一千億年的誤差不超過一秒），可滿足目前最高精度光鐘的時間傳遞要求。
【資料圖】
該研究由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士團隊與多家合作單位共同完成，相關(guān)成果10月5日在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》在線發(fā)表。近年來，光鐘的穩(wěn)定度已進入E-19量級，將形成新一代的時間頻率標(biāo)準(zhǔn)（光頻標(biāo)），可在精密導(dǎo)航定位、全球授時、廣域量子通信、物理學(xué)基本原理檢驗等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。
“精確的計時不應(yīng)局限于高冷的實驗室，還要‘飛入尋常百姓家’。通過高精度的時間頻率傳遞，構(gòu)建廣域光頻標(biāo)網(wǎng)絡(luò)，是光鐘在上述諸多領(lǐng)域發(fā)揮作用的前提。”文章第一作者、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)副研究員沈奇說，要有與光鐘精度相匹配的時間傳遞技術(shù)，把精準(zhǔn)的時間傳播出去。
據(jù)介紹，自由空間高精度時間頻率傳遞是建立全球性廣域光頻標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的重要內(nèi)容，但此前國際上的相關(guān)研究成果信噪比低、傳輸距離近，難以滿足星地鏈路高精度時頻傳遞的需求。
百公里高精度時頻傳遞實驗示意圖。（研究團隊供圖）
此項研究中，研究團隊實現(xiàn)了瓦級功率輸出的高穩(wěn)定光頻梳，實現(xiàn)了納瓦量級的高靈敏度線性光學(xué)采樣探測，進一步提升了光傳輸望遠鏡的穩(wěn)定性和接收效率。基于上述技術(shù)突破，研究團隊在新疆烏魯木齊成功實現(xiàn)了113公里自由空間時頻傳遞，充分驗證了星地鏈路高精度光頻標(biāo)比對的可行性。
多位《自然》雜志審稿人表示，該研究是星地自由空間遠距離光學(xué)時間頻率傳遞領(lǐng)域的一項重大突破，將對暗物質(zhì)探測、物理學(xué)基本常數(shù)檢驗、相對論檢驗等基礎(chǔ)物理學(xué)研究產(chǎn)生重要影響。
據(jù)央視新聞6日報道，在科學(xué)領(lǐng)域，時間的測量精度已經(jīng)步入10的負(fù)19次方量級，也就是百億年，誤差不到1秒。作為七大基本物理量之一的時間，是目前測量最精確的物理量。有最精確的計時，還要有與之精度相匹配的時間傳遞技術(shù)，兩者同樣重要。
圖片來源：央視新聞視頻截圖
地面附近自由空間的環(huán)境復(fù)雜，大氣中的各種擾動和湍流、鏈路損耗、環(huán)境變化等等因素給自由空間中的長距離時頻傳遞帶來了極大困難。之前，自由空間中的光頻傳輸技術(shù)只能實現(xiàn)10公里量級的傳輸距離。
圖片來源：央視新聞視頻截圖
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)團隊向這一難題發(fā)起挑戰(zhàn)。在光源方面，研制出高功率高穩(wěn)定度光梳，在光信號收發(fā)信道方面，研制出高穩(wěn)定性且高效率的光收發(fā)望遠鏡系統(tǒng)，另外采用線性光學(xué)采樣的干涉測量方式實現(xiàn)高精度的時間測量。經(jīng)過一系列技術(shù)攻關(guān)，終于在相隔113公里的新疆南山天文臺和高崖子天文臺之間實現(xiàn)了萬秒10的負(fù)19次方量級穩(wěn)定度的時頻傳遞。
圖片來源：央視新聞視頻截圖
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授張強：“把我們非常精密的這種時間信號，通過這個望遠鏡打到這個100公里以外的另外一個望遠鏡，那邊的話，然后我的這個信號被那邊的一個同樣的一個望遠鏡接收，接收了之后他們進行一些比較精密的時間探測，然后同時那邊也會打一個同樣的一個精密的光源信號也打過來，在這邊也做一個同樣的一個精密探測，然后兩邊的信號再做一個對準(zhǔn)，做一個校正。”
時間的精確測量和傳遞，將使人們能夠?qū)ο鄬φ撛怼⒏鞣N引力理論、暗物質(zhì)模型等等基礎(chǔ)物理進行實驗檢驗。
同時這也和我們的生活密切相關(guān)，例如，衛(wèi)星的導(dǎo)航精度與計時精度緊密相關(guān)，要想定位更準(zhǔn)確，比如精確到毫米以下，就需要更好的計時精度。在大地測量、地質(zhì)勘探、雷達探測等等涉及社會民生的領(lǐng)域，精確的時間也都將發(fā)揮重要作用。
現(xiàn)在“秒”的定義是1967年確定的，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，國際計量組織計劃2026年討論“秒”定義的變更。
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授張強：“那么它也證明了就是說將來放在衛(wèi)星上，可以基于衛(wèi)星來做這種洲際的這種（時間）比對。那么如果能夠?qū)崿F(xiàn)洲際的比對的話，那么我們就可以實現(xiàn)新一代的這個“秒”定義。”
關(guān)鍵詞： 自由空間
