300亿年误差不到一秒！我国光钟里程碑式突破，支撑重新定义“秒”

锶原子光钟Sr1装置系统图，通过系统性优化提升后，综合评估了各系统频移因素的影响

记者近日从中国科学技术大学获悉，该校潘建伟院士团队成功将锶原子光晶格钟的稳定度和不确定度指标全面突破10-19量级，相当于300亿年误差不超过1秒。这标志着我国在时间精密测量领域的研究水平已跻身国际最前列。相关成果日前发表于国际计量领域核心期刊《计量学》。

作为当今最精密的时间频率标准，光钟利用原子内部能级跃迁产生的频率信号来定义时间，其精度较现有微波时间标准可提升上万倍，能直接支撑国际单位制中“秒”的重新定义，使全球时间标准迈入光学时代。它能为卫星导航、通信、精密测量等现代科技提供可靠的时间基准。

光钟的性能主要由“稳定度”与“不确定度”两大核心指标衡量，稳定度决定了测量结果的精密性，不确定度则决定了测量结果的可信度——两个指标的数值越小，则光钟性能越优秀。

在此之前，全球光钟的稳定度与不确定度综合性能主要停留在10-18量级，仅美国国家标准与技术研究院、德国联邦物理技术研究院等少数顶尖机构接近或触及该水平。中国科大潘建伟、戴汉宁、陈宇翱、彭承志等人针对制约光钟性能的关键瓶颈开展了长期系统性攻关。通过一系列优化，该团队使锶原子光晶格钟的综合系统不确定度达到 9.2×10-19，相当于300亿年的误差不超过1秒。

由于这一精度水平已显著超过国际计量界对“秒”重新定义的门槛要求，因此锶原子光晶格钟成为满足国际单位制秒重新定义要求的高精度光钟之一，可直接为我国在未来“秒”的重新定义中贡献关键技术并实现主导。杂志审稿人评价该成果“对秒的重新定义讨论具有重要意义”“性能处于世界上最顶尖梯队”。

当光钟的稳定度与不确定度均突破10-19量级，将有望开启一系列重要前沿应用，例如可实现毫米级重力位与高度精密测量，使监测地壳形变、地下水位变化、火山活动预警及高精度大地水准面更新成为可能；又如，它可为暗物质探测提供新方法，捕捉到暗物质引起的瞬态低频信号。

此外，该成果还为发展可搬运光钟和星载光钟提供了可行的技术路径，为光钟技术在检验基本物理学定律、支撑下一代卫星导航系统、构建全球统一超高精度时间基准等领域的深度应用奠定了坚实可靠的基础。