國際首次！我國實現(xiàn)百公里自由空間時頻傳遞，會帶來哪些重要影響？

每經編輯 畢陸名

據(jù)新華社5日消息，記者從中國科學院獲悉，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。

該研究由中國科學技術大學潘建偉院士團隊與多家合作單位共同完成，相關成果10月5日在國際學術期刊《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準（光頻標），可在精密導航定位、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。

“精確的計時不應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，構建廣域光頻標網(wǎng)絡，是光鐘在上述諸多領域發(fā)揮作用的前提。”文章第一作者、中國科學技術大學副研究員沈奇說，要有與光鐘精度相匹配的時間傳遞技術，把精準的時間傳播出去。

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網(wǎng)絡的重要內容，但此前國際上的相關研究成果信噪比低、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?；谏鲜黾夹g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。

據(jù)央視新聞6日報道，在科學領域，時間的測量精度已經步入10的負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，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

中國科學技術大學團隊向這一難題發(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)，另外采用線性光學采樣的干涉測量方式實現(xiàn)高精度的時間測量。經過一系列技術攻關，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

中國科學技術大學教授張強：“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，做一個校正。”

時間的精確測量和傳遞，將使人們能夠對相對論原理、各種引力理論、暗物質模型等等基礎物理進行實驗檢驗。

同時這也和我們的生活密切相關，例如，衛(wèi)星的導航精度與計時精度緊密相關，要想定位更準確，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。

現(xiàn)在“秒”的定義是1967年確定的，經過幾十年的發(fā)展，國際計量組織計劃2026年討論“秒”定義的變更。

中國科學技術大學教授張強：“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。那么如果能夠實現(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。”

每日經濟新聞綜合央視新聞、新華社