科学家开展迄今最全面的光学原子钟比对实验

在一项新研究中，科学家开展了迄今最全面的光学原子钟（以下简称“光钟”）协调比对实验。他们在6个国家同步运行多台光钟及其连接链路，跨越数千公里，迈出了更精确定义“秒”这一基本时间单位，建立全球光学时间尺度的重要一步。在最新一期《光学》期刊上，来自多个研究机构的团队发表了这项研究成果。

光钟利用激光精准激发原子，使其在特定能级间跃迁。这些跃迁会产生极其稳定的频率，就像钟表里的“滴答声”，可以用来计时。由于光钟种类众多所用原子不同，要充分发挥其高精度潜力，必须进行跨地域比对，确认它们的一致性。

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英国国家物理实验室的镱离子光钟中具有超稳定频率的激光。

几十年来，全球统一的时间标准一直基于多台铯微波原子钟信号的平均值。然而，光钟的精度已远超铯钟，高出约100倍。随着技术进步，越来越多科学家呼吁用光钟取代铯钟，重新定义国际单位制中的“秒”。

此次实验协调比对了6国共10台不同类型的光钟，完成了38组频率比对，其中4组为首次直接比对，其他多组的精度也显著提升。

与以往的点对点钟表比对不同，这次实验首次实现多台光钟同时比对，并结合了多种链路技术，从而获得了更丰富的信息。通过一整套协调测量，研究团队可以同时检验一致性并提高可信度。这对于决定哪些光钟适合用于新“秒”的定义具有重要意义。

为实现这些比对，研究团队需要将各地光钟系统的频率输出连接起来。他们采用了两种方式：一是使用GPS卫星信号，适用于所有地点但精度有限；二是通过光纤传输激光信号，这种方式精度比前者高出100倍，但仅限法国、德国和意大利之间。

英国国家物理实验室时间与频率部门负责人海伦·马戈利斯表示，原子钟提供的精准时频信号是GPS、电网调度和金融交易等现代技术的核心。这项研究有望提升下一代光钟性能，推动新应用发展，并支撑更多依赖高精度计时的科学探索。

相关链接：https://dx.doi.org/10.1364/OPTICA.558821