想知道當(dāng)下的時間，你會怎么做？你可能會看一下手機(jī)上顯示的時間數(shù)字，那你知道這個時間是如何精準(zhǔn)地 " 跑 " 到手機(jī)里的嗎？在這個過程中產(chǎn)生的誤差又有多少？這就涉及時間如何被精確測量、又如何精準(zhǔn)傳遞的問題。

我國科學(xué)家實(shí)現(xiàn)百公里

自由空間高精度時間頻率傳遞

近日，我國科研團(tuán)隊(duì)在國際上首次實(shí)現(xiàn)了百公里級的自由空間高精度時間頻率傳遞實(shí)驗(yàn)時間傳遞穩(wěn)定度達(dá)到飛秒（千萬億分之一秒）量級，可滿足目前最高精度光鐘的時間傳遞要求。

這項(xiàng)研究由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉團(tuán)隊(duì)與上海技物所、新疆天文臺等單位合作完成，相關(guān)成果論文于近日在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》雜志發(fā)表。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果將對精密導(dǎo)航定位、全球授時、廣域量子通信等領(lǐng)域產(chǎn)生重要影響。

時間是什么，又該如何去測量和共享時間？古人曾用太陽東升西落、月亮陰晴圓缺這些自然界的周期現(xiàn)象來度量時間，現(xiàn)今，人們把目光從運(yùn)轉(zhuǎn)有序的天體轉(zhuǎn)向了神奇的量子世界。

在第 13 屆國際度量衡會議上，" 秒 " 被重新由銫原子鐘來定義。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究員姜海峰介紹，由于原子的能級結(jié)構(gòu)很穩(wěn)定，與之相應(yīng)的電磁波頻率也十分穩(wěn)定，知道了頻率，也就得到了時間，所以通常把時間和頻率統(tǒng)稱為時間頻率，也就是 " 時頻 "。

銫原子鐘的頻率在微波波段，現(xiàn)在科學(xué)家們又開發(fā)了鍶、鐿等新型原子鐘，它們的頻率要更高，在光學(xué)波段，因此被稱作 " 光學(xué)原子鐘 "，簡稱 " 光鐘 "。銫原子鐘的測量精度可以達(dá)到一億年只有 1 秒的誤差，而光鐘的測量精度現(xiàn)在已經(jīng)是千億億分之一，也就是說在百億年中的誤差還不到 1 秒。

" 光鐘躍遷頻率是在光頻，它的輸出是一束激光。從物理機(jī)制來講，光鐘還有極高的潛質(zhì)，穩(wěn)定度和不確定度實(shí)際上目前還在提高。" 姜海峰說。

△百公里高精度時頻傳遞實(shí)驗(yàn)示意圖

科研團(tuán)隊(duì)的制勝法寶—— " 光梳 "

" 北京時間 " 基于的是國家授時中心的原子鐘時間，如何讓這個時間 " 飛入尋常百姓家 "？有了最精確的計時，還要有與之精度相匹配的時間傳遞技術(shù)。

此前，自由空間中的光頻傳輸技術(shù)只能實(shí)現(xiàn) 10 公里量級的傳輸距離，而這一次，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)團(tuán)隊(duì)在相隔 113 公里的新疆南山天文臺和高崖子天文臺之間實(shí)現(xiàn)了萬秒 10 的負(fù) 19 次方量級穩(wěn)定度的時頻傳遞。" ‘光梳’實(shí)際上是一個寬譜的激光，從光譜上看，就像一把梳子。它的好處是由于譜特別寬，相當(dāng)于信息量變大了，光斷了再恢復(fù)以后，就可以通過更多的信息解算出來。" 姜海峰說。

時間的精確測量和傳遞，將使人們能夠?qū)ο鄬φ撛怼⒏鞣N引力理論、暗物質(zhì)模型等基礎(chǔ)物理進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。姜海峰說，這也和我們的生活密切相關(guān)，例如，衛(wèi)星要想定位更準(zhǔn)確，精確到毫米以下，就需要更好的計時精度，而在大地測量、地質(zhì)勘探、雷達(dá)探測等領(lǐng)域，精確的時間也都將發(fā)揮重要作用。