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科技日報記者 陸成寬
2022年諾貝爾物理學獎“花落”量子力學，引發公眾對量子科技的熱議。昨天，中國科學院再次傳來量子科技最新進展的好消息。
通過發展大功率低噪聲光梳、高靈敏度高精度線性采樣、高穩定高效率光傳輸等技術，中國科學技術大學潘建偉、張強、姜海峰、彭承志等學者與其他科研單位合作，首次在國際上實現百公里級的自由空間高精度時間頻率傳遞實驗，時間傳遞穩定度達到飛秒量級。實驗結果有效驗證了星地鏈路高精度光頻標比對的可行性，向建立廣域光頻標網絡邁出重要一步。相關研究成果10月5日在線發表于《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定度已進入E-19量級，將形成新一代的時間頻率標準，即光頻標，結合廣域、高精度的時間頻率傳遞可以構建廣域時頻網絡，將在精密導航定位、全球授時、廣域量子通信、物理學基本原理檢驗等領域發揮重要作用。
比如，當全球尺度時頻傳遞的穩定度達到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境，光頻標和時頻傳遞的穩定度理論上能夠進入E-21量級，有望在引力波探測、暗物質搜尋等物理學基本問題的研究方面產生重大應用。
然而，傳統的基于微波的衛星時頻傳遞穩定度僅有E-16量級，不能滿足高精度時頻網絡的需求。基于光頻梳和相干探測的自由空間時頻傳遞技術，穩定度可以達到E-19量級，是高精度時頻傳遞的發展趨勢，但此前國際上的相關工作由于信噪比低、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了113公里自由空間時頻傳遞，時間傳遞萬秒穩定度達到飛秒量級，頻率傳遞萬秒穩定度優于4E-19，充分驗證了星地鏈路高精度光頻標比對的可行性。
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時間頻率傳遞領域的一項重大突破，將對暗物質探測、物理學基本常數檢驗、相對論檢驗等基礎物理學研究產生重要影響。”
（圖片由中國科學院提供）
關鍵詞： 自由空間
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