【中国科学报】“湖北造”可移动光钟亮相，为高精度守时提供“中国方案”

日前，中国科学院精密测量科学与技术创新研究院黄学人团队成功研发小型化可移动钙离子光钟，并在国内首次实现光钟驾驭氢钟长期高精度守时应用，让时间计量精度实现重要提升。

据悉，时间是人类观测世界最基础的物理量。目前，全球用于生成统一时间标准的核心设备包含约500台原子钟，其中氢钟贡献占比约90%。氢钟短期稳定、可靠性高，是国际守时体系的主力，但长期运行中频率会缓慢漂移，制约整体守时精度。

光钟被认为是下一代时间标准的核心装备。它以特定原子或离子的量子跃迁信号为“钟摆”，工作频率比传统微波钟高出数万倍，理论上能把时间切分得更细、测得更准。但长期以来，光钟体积较大、环境要求严苛，主要用于实验室科研场景。

围绕光钟小型化、模块化、国产化，精密测量院团队开展了十余年持续攻关，对激光稳频、离子囚禁、电子控制等核心部件逐一研发，在缩小系统体积的同时保持高精度，使光钟系统频移不确定度保持在1E-17水平，天稳定度达3E-17。该成果连续多次入选《中国科学院自主研制科学仪器》名录。

该次应用试验中，“湖北造”光钟从武汉经1200公里长途运输抵达北京，与北京卫星导航中心联合开展长期守时试验。研究人员以光钟作为“精准裁判员”，实时监测氢钟频率漂移与噪声，并通过算法反向修正其频率偏差。

长达半年的数据显示，光钟运行率达93.6%。经光钟驾驭后，氢钟频率月稳定度从3E-15提升至4E-17，改善近两个数量级；构建的“光时标”独立运行半年，与国际协调世界时（UTC）的偏差仅600皮秒，月稳定度达到UTC自身1E-16极限水平。

相关负责人介绍，高精度守时广泛服务于卫星导航、通信网络、金融交易、重大工程高程基准、地下资源勘探和基础物理研究等领域。团队表示，下一步将继续优化技术方案，瞄准1E-18精度目标，推动可移动光钟向更小、更稳、更准发展。

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