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科技日報記者 陸成寬
2022年諾貝爾物理學(xué)獎“花落”量子力學(xué)，引發(fā)公眾對量子科技的熱議。昨天，中國科學(xué)院再次傳來量子科技最新進展的好消息。
通過發(fā)展大功率低噪聲光梳、高靈敏度高精度線性采樣、高穩(wěn)定高效率光傳輸?shù)燃夹g(shù)，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、張強、姜海峰、彭承志等學(xué)者與其他科研單位合作，首次在國際上實現(xiàn)百公里級的自由空間高精度時間頻率傳遞實驗，時間傳遞穩(wěn)定度達到飛秒量級。實驗結(jié)果有效驗證了星地鏈路高精度光頻標(biāo)比對的可行性，向建立廣域光頻標(biāo)網(wǎng)絡(luò)邁出重要一步。相關(guān)研究成果10月5日在線發(fā)表于《自然》雜志。
百公里高精度時頻傳遞實驗示意圖。
近年來，基于超冷原子光晶格的光波段原子鐘的穩(wěn)定度已進入E-19量級，將形成新一代的時間頻率標(biāo)準(zhǔn)，即光頻標(biāo)，結(jié)合廣域、高精度的時間頻率傳遞可以構(gòu)建廣域時頻網(wǎng)絡(luò)，將在精密導(dǎo)航定位、全球授時、廣域量子通信、物理學(xué)基本原理檢驗等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。
比如，當(dāng)全球尺度時頻傳遞的穩(wěn)定度達到E-18量級時，就可形成新一代的“秒”定義，2026年國際計量大會將討論這種“秒”的重新定義。更重要的是，高軌空間具有更低的引力場噪聲環(huán)境，光頻標(biāo)和時頻傳遞的穩(wěn)定度理論上能夠進入E-21量級，有望在引力波探測、暗物質(zhì)搜尋等物理學(xué)基本問題的研究方面產(chǎn)生重大應(yīng)用。
然而，傳統(tǒng)的基于微波的衛(wèi)星時頻傳遞穩(wěn)定度僅有E-16量級，不能滿足高精度時頻網(wǎng)絡(luò)的需求?；诠忸l梳和相干探測的自由空間時頻傳遞技術(shù)，穩(wěn)定度可以達到E-19量級，是高精度時頻傳遞的發(fā)展趨勢，但此前國際上的相關(guān)工作由于信噪比低、傳輸距離近，難以滿足星地鏈路高精度時頻傳遞的需求。
在這項研究工作中，研究團隊在新疆烏魯木齊成功實現(xiàn)了113公里自由空間時頻傳遞，時間傳遞萬秒穩(wěn)定度達到飛秒量級，頻率傳遞萬秒穩(wěn)定度優(yōu)于4E-19，充分驗證了星地鏈路高精度光頻標(biāo)比對的可行性。
審稿人高度評價該工作：“該工作是星地自由空間遠距離光學(xué)時間頻率傳遞領(lǐng)域的一項重大突破，將對暗物質(zhì)探測、物理學(xué)基本常數(shù)檢驗、相對論檢驗等基礎(chǔ)物理學(xué)研究產(chǎn)生重要影響?！?/p>
（圖片由中國科學(xué)院提供）
關(guān)鍵詞： 自由空間
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