近日，精密測量院黃學(xué)人研究團隊聯(lián)合武漢量子技術(shù)研究院（簡稱武漢量子院）在國內(nèi)首臺基于量子邏輯技術(shù)的鋁離子光鐘原理樣機的研制工作中取得重要進展，其不確定度達到7.9×10^-18。相關(guān)研究成果近期發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊《THE EUROPEANPHYSICAL JOURNAL D》上。

　　鋁離子光鐘裝置

　　人類對精密的追求從未止步，而時間（頻率）正是當今世界上測量精度最高的基本物理量。為了提高測量精度，人們通常將觀測量盡可能地轉(zhuǎn)換為對時間（頻率）的測量，而光鐘則是目前國際上最高精度的頻率基準裝置。

　　黃學(xué)人介紹到“這臺光鐘采用射頻場囚禁單個鋁離子，并采用鈣離子進行協(xié)同冷卻和量子邏輯光譜讀出”。作為離子光頻標團隊的負責人，黃學(xué)人研究團隊從2012年開始搭建鋁離子量子邏輯光鐘研究平臺開始，十年來，他帶領(lǐng)團隊成員夜以繼日，攻克一個又一個技術(shù)難題，為的就是把核心技術(shù)牢牢地掌握在我國手中。

　　鋁離子量子邏輯光鐘原理圖

　　在眾多不同種類的光鐘里，鋁離子量子邏輯光鐘有著獨特的優(yōu)勢。2010年，美國國家標準技術(shù)局（NIST）的科學(xué)家創(chuàng)造了不確定度達8.6×10^-18的世界光鐘紀錄，到2019年該指標更新至9.4×10^-19，目前仍是光鐘不確定紀錄的保持者。和美國NIST采用鈹或鎂離子作為量子邏輯離子方案不同的是，由中國科學(xué)家打造的這臺光鐘創(chuàng)新性地采用了鈣離子作為量子邏輯讀出的離子。黃學(xué)人表示“鈣離子在快速低溫冷卻方面有著更好的優(yōu)勢，而且鈣和鋁的雙鐘躍遷使得其在突破當前的紀錄方面有著更大的潛力”，“由于國內(nèi)光鐘領(lǐng)域的研究相比國外起步晚，存在一些差距，但隨著國家在科技創(chuàng)新方面的高度重視和持續(xù)投入，這個差距正在明顯縮小并有望反超”。

　　鋁離子光鐘性能指標曲線

　　作為量子科技的典型代表，光鐘的精度水平已遠超1967年國際計量局選定并沿用至今的秒定義實現(xiàn)方式（銫噴泉微波鐘），成為下一代秒定義最有力的候選者。精密測量院等取得的這一重要進展，可為我們國家應(yīng)對未來秒定義的變革爭取更多國際話語權(quán)。同時，高精度的光鐘在國家時間頻率體系建設(shè)，以及構(gòu)建陸、海、空、天統(tǒng)一的高程基準方面有著不可替代的作用。實現(xiàn)光鐘的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，“為地球構(gòu)建更精密的時間和空間坐標系”，也是該團隊同步開展小型化可搬運光鐘研制的核心目標。

　　論文鏈接：https://doi.org/10.1140/epjd/s10053-022-00451-1