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。
-
手机/微型镜头的中心偏差测量:越小,越难测,越要测准
手机摄像头的镜片直径只有几毫米,焦距不到一毫米,中心偏差容限却要压到微米级。微型镜头把"小口径、短焦距、高精度"三个难点叠在一起,对定心检测提出了独特挑战。
2026-10-28
-
MTF 测量刀口法与狭缝法原理:传函仪是怎么"测"出 MTF 的
MTF 是评价镜头成像质量的金标准,但 MTF 不是直接"读"出来的,而是通过测量线扩散函数、点扩散函数或刀口响应,再经傅里叶变换算出来的。理解测量原理,才能正确解读 MTF 数据。
2026-10-28
-
从 Zernike像差到 MTF的映射:像差怎么变成对比度损失
干涉仪测出的是波前像差(用 Zernike 多项式描述),客户关心的是 MTF(成像清晰度)。这两者之间隔着一层数学变换——理解像差如何映射到 MTF,才能把波前数据翻译成成像质量的结论。
2026-10-28
-
LIDT 不是一个固定数:激光损伤阈值与 ISO 21254 测量方法
高功率激光系统里,最脆弱的环节往往不是激光器本身,而是那块看起来普通的镜片。当激光能量密度超过某个临界值,镀膜会熔化、基片会开裂——这个临界值就是 LIDT(Laser-Induced Damage Threshold,激光诱导损伤阈值)。但 LIDT 不是一个可以脱离条件单独引用的数字:它随波长、脉宽、光斑大小、重复频率、材料和镀膜工艺而变。本文梳理 LIDT 的物理含义、ISO 21254 标准的三种测试协议,以及工程师读厂家规格时需要注意什么。
2026-10-28
-
塑料非球面透镜怎么检测?注塑工艺的质控关键
你每天用的智能手机,背后那几个摄像头里面装的不是玻璃镜头,而是塑料非球面透镜。一部手机镜头模组里通常有5-7片塑料非球面透镜,每片直径只有几毫米。
2026-10-27
