每日經(jīng)濟(jì)新聞 2022-10-06 10:45:45
每經(jīng)編輯 畢陸名
據(jù)新華社5日消息,記者從中國(guó)科學(xué)院獲悉,我國(guó)科研團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了百公里級(jí)的自由空間高精度時(shí)間頻率傳遞實(shí)驗(yàn),時(shí)間傳遞穩(wěn)定度達(dá)到飛秒(千萬(wàn)億分之一秒)量級(jí),頻率傳遞萬(wàn)秒穩(wěn)定度優(yōu)于4E-19(相當(dāng)于時(shí)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(shí)間傳遞要求。
該研究由中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士團(tuán)隊(duì)與多家合作單位共同完成,相關(guān)成果10月5日在國(guó)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(jìn)入E-19量級(jí),將形成新一代的時(shí)間頻率標(biāo)準(zhǔn)(光頻標(biāo)),可在精密導(dǎo)航定位、全球授時(shí)、廣域量子通信、物理學(xué)基本原理檢驗(yàn)等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。
“精確的計(jì)時(shí)不應(yīng)局限于高冷的實(shí)驗(yàn)室,還要‘飛入尋常百姓家’。通過高精度的時(shí)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(guó)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(shí)間傳遞技術(shù),把精準(zhǔn)的時(shí)間傳播出去。
據(jù)介紹,自由空間高精度時(shí)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(guó)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(shí)頻傳遞的需求。
百公里高精度時(shí)頻傳遞實(shí)驗(yàn)示意圖。(研究團(tuán)隊(duì)供圖)
此項(xiàng)研究中,研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了瓦級(jí)功率輸出的高穩(wěn)定光頻梳,實(shí)現(xiàn)了納瓦量級(jí)的高靈敏度線性光學(xué)采樣探測(cè),進(jìn)一步提升了光傳輸望遠(yuǎn)鏡的穩(wěn)定性和接收效率?;谏鲜黾夹g(shù)突破,研究團(tuán)隊(duì)在新疆烏魯木齊成功實(shí)現(xiàn)了113公里自由空間時(shí)頻傳遞,充分驗(yàn)證了星地鏈路高精度光頻標(biāo)比對(duì)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(yuǎn)距離光學(xué)時(shí)間頻率傳遞領(lǐng)域的一項(xiàng)重大突破,將對(duì)暗物質(zhì)探測(cè)、物理學(xué)基本常數(shù)檢驗(yàn)、相對(duì)論檢驗(yàn)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?qǐng)?bào)道,在科學(xué)領(lǐng)域,時(shí)間的測(cè)量精度已經(jīng)步入10的負(fù)19次方量級(jí),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(shí)間,是目前測(cè)量最精確的物理量。有最精確的計(jì)時(shí),還要有與之精度相匹配的時(shí)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(dòng)和湍流、鏈路損耗、環(huán)境變化等等因素給自由空間中的長(zhǎng)距離時(shí)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(shí)現(xiàn)10公里量級(jí)的傳輸距離。
圖片來源:央視新聞視頻截圖
中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)團(tuán)隊(duì)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(hào)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(yuǎn)鏡系統(tǒng),另外采用線性光學(xué)采樣的干涉測(cè)量方式實(shí)現(xiàn)高精度的時(shí)間測(cè)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(tái)和高崖子天文臺(tái)之間實(shí)現(xiàn)了萬(wàn)秒10的負(fù)19次方量級(jí)穩(wěn)定度的時(shí)頻傳遞。
圖片來源:央視新聞視頻截圖
中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授張強(qiáng):“把我們非常精密的這種時(shí)間信號(hào),通過這個(gè)望遠(yuǎn)鏡打到這個(gè)100公里以外的另外一個(gè)望遠(yuǎn)鏡,那邊的話,然后我的這個(gè)信號(hào)被那邊的一個(gè)同樣的一個(gè)望遠(yuǎn)鏡接收,接收了之后他們進(jìn)行一些比較精密的時(shí)間探測(cè),然后同時(shí)那邊也會(huì)打一個(gè)同樣的一個(gè)精密的光源信號(hào)也打過來,在這邊也做一個(gè)同樣的一個(gè)精密探測(cè),然后兩邊的信號(hào)再做一個(gè)對(duì)準(zhǔn),做一個(gè)校正。”
時(shí)間的精確測(cè)量和傳遞,將使人們能夠?qū)ο鄬?duì)論原理、各種引力理論、暗物質(zhì)模型等等基礎(chǔ)物理進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。
同時(shí)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(jì)時(shí)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(jì)時(shí)精度。在大地測(cè)量、地質(zhì)勘探、雷達(dá)探測(cè)等等涉及社會(huì)民生的領(lǐng)域,精確的時(shí)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(guó)際計(jì)量組織計(jì)劃2026年討論“秒”定義的變更。
中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授張強(qiáng):“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(shí)間)比對(duì)。那么如果能夠?qū)崿F(xiàn)洲際的比對(duì)的話,那么我們就可以實(shí)現(xiàn)新一代的這個(gè)“秒”定義。”
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