重大突破！新型光学钟有望重新定义“秒”，还能助力量子计算
2026年1月26日，德国物理技术联邦研究所（PTB）与泰国计量研究所（NIMT）联合发布一项革命性成果——成功实现一种使用镱-173离子的光学多离子钟。该研究发表于国际顶级期刊《PhysicalReviewLetters》，不仅为重新定义国际单位制（SI）中“秒”的基本单位增添了强力候选，更有望为量子计算、核物理基础研究开辟全新路径。
长期以来，铯原子钟一直是全球计时的核心标准，但其精度已难以满足现代科技发展的需求。近年来，光学钟凭借更高的计时精度逐渐成为研究热点，它使用激光辐射替代铯原子钟的微波辐射，振荡频率约为后者的10万倍，能更精细地划分时间，理论精度可达百亿年不差一秒，有望在未来几年取代铯原子钟，重新定义“秒”。不过目前，国际社会尚未确定哪种光原子钟将成为新的定义基准。
此次PTB与NIMT合作研发的镱-173离子光学多离子钟，最大的突破的是实现了“高精度”与“高稳定性”的完美融合。传统光学钟中，单离子钟精度极高但稳定性有限，多原子钟稳定性出色却精度稍逊，而这款新型时钟借助镱-173离子的独特特性，成功兼顾了两者优势。
据研究团队介绍，镱-173离子与其他原子最大的区别在于其特殊的原子核结构——它拥有大的核自旋和高度变形的原子核，其产生的强场能与电子壳层相互作用，将原本禁止的量子跃迁转化为“微弱允许”的跃迁，这不仅让激光激发跃迁的过程更易实现，还能让镱-173离子处于极长寿命的激发态，为更稳定的测量提供了基础。
“这个同位素的特殊跃迁的，让我们能够同时控制多个离子，既保留了单离子的超高精度，又通过多离子的协同效应提升了整体稳定性。”量子光学和计量学教授TanjaMehlstäubler表示，该团队此前已实现使用铟的多离子钟，此次镱-173同位素的应用，是多离子光学钟技术的又一重要突破。
除了在计时领域的潜在价值，这款新型时钟还具备广泛的科研应用前景。一方面，它非常适合作为量子信息的多量子比特，激光可对其量子态进行极其精确的操控，且能同时编码更多量子信息，为量子计算机的研发提供了新方向；另一方面，首次测量的镱-173钟态寿命，能为研究原子核结构提供宝贵数据，助力开展超出物理学标准模型的敏感测试，探索核物理领域的前沿奥秘。
据悉，国际计量委员会（CIPM）计划在2026年提出、2030年正式决定重新定义“秒”，此次研发的镱-173离子光学多离子钟，有望与锶原子光晶格钟、镱-171单离子钟等候选者展开竞争，成为新的全球计时标准。未来，随着技术的不断成熟和优化，这款新型光学钟还将应用于卫星导航、引力波探测等更多领域，推动科技领域的进一步突破。
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