中国科大实现百公里自由空间高精度时间频率传
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正因为原子钟的优异性能，在第13届国际度量衡会议上，秒被重新定义了。秒由铯原子钟来定义，从此，时间基准所依据的不再是天体规律，而是量子世界中原子的行为。铯原子钟可以做到一亿年只有1秒的误差。
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铯原子钟的频率在微波波段，现在科学家们又开发了锶、镱等新型原子钟，它们的频率要更高，在光学波段，因此被称作“光学原子钟”，简称“光钟”。光钟的测量精度现在已经可以做到千亿亿分之一（10-19），在整个宇宙年龄的时间尺度上，误差还不到1秒。
原子具有不同的能级，电子在两个能级间发生跃迁时，会产生或吸收电磁波。两个能级的能量差决定了电磁波的频率。原子的能级结构很稳定，相应地，电磁波频率也是稳定的。而所谓频率，就是单位时间内的振动次数，知道了频率，也就得到了时间。通常时间和频率统称为时频。原子的性质给予了人类测量时间的一个新途径。
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最近，中国科学技术大学团队基于光梳技术成功实现了自由空间中相距113公里的时频传递，精度达到10-19水平，满足了目前最高精度光钟的需求。
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据课题组介绍，精准的时间需要被传播出去。我们的电脑中有一个内置的计时钟表，而为了校正不断积累产生的计时误差，每隔一段时间，通过网络连接，它会和标准“北京时间”进行比对和同步。而北京时间基于的是国家授时中心的原子钟时间。
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于是，原子钟诞生了。利用原子的共振，可以制造出频率高且稳定的振荡器，进而去实现极高的时间测量精度。
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光钟以及光频传递技术的发展有望重新定义“秒”
这一突破不仅带来地面上远距离时频传递的应用，还为未来基于中高轨卫星的高精度星地时频传递奠定了基础。
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光给予精度10-19的时间标准，要实现精度10-19的时间传递，同样得求助于光。在这个世界上，有不同的光源，比如太阳光是遍布各种频率的连续光，常见的激光是单一频率的光源，还有另一种神奇的激光——光学频率梳，即光梳。
新京报记者 张璐
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通过月相变幻，我们定义了“一月”；单摆摆动、弹簧振动等也有周期性，利用这些机械运动的周期，人们制造出机械钟表来测量时间。原则上，任何周期性现象都可以作为时间标准。
中国科学技术大学潘建伟团队与其他科研单位合作，首次在国际上实现百公里级的自由空间高精度时间频率传递实验，时间传递稳定度达到飞秒量级，频率传递万秒稳定度优于4E-19。相关论文于10月5日23点在线发表于国际著名学术期刊《自然》杂志。
随着技术的发展，光钟很有可能成为下一代时间频率标准。而全球性光钟网络的建立，亟须高精度的自由空间时频传递技术，光梳在其中发挥着关键作用。
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目前常用的时频传递方式有微波和光纤。利用光纤，已经能实现精度很高的时间传递，可以满足最精确光钟的要求，但光纤有其局限性，例如一些偏远地区还没有铺设光纤，也无法满足海上导航和定位的需要；另外，要实现全球性的时频传递网络，也需要在自由空间传输的技术，例如微波传输技术。微波的频率要比可见光频率低很多，就像一把刻度疏松的尺子，在根本上限制了微波时间传递的精度。利用微波，无法满足光钟时间精度的传递需要。
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中国科大技术攻关，将传输距离从10公里延长到百公里
时间的精确测量也可以让人类的生活更便利。例如，卫星的导航精度与计时精度紧密相关，人们的生活早已离不开导航和定位，要想定位更准确，比如精确到米以下，就需要更好的计时精度。在大地测量、地质勘探、雷达探测等涉及社会民生的领域，精确的时间也都将发挥重要作用。
光梳的出现让人们可以更加精确、也更为容易的去测量频率和时间间隔。因其重要性，对光梳技术做出开创性贡献的约翰·霍尔（John Hall）和特奥多尔·亨施（Theodor H?nsch）获得了2005年诺贝尔物理学奖。光梳技术现在已经广泛应用于光钟、激光雷达、天文观测等领域。
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除了稳定，另一个重要的事情是，原子的共振频率很高，例如铯133原子基态的两个超精细能级之间的跃迁频率是赫兹，也就是说，1秒钟振动超过90亿次。振动频率越高，计时就会越精确，这就像测量长度的尺子，刻度越密，测量精度就越高。
文章来源：《中国空间科学技术》 网址: http://www.zgkjkxjszz.cn/zonghexinwen/2022/1009/668.html