我国光钟技术实现历史性突破 正式参与国际原子时校准体系

“时间”看似无形,却是现代社会运行的基础性公共品。

从卫星导航、金融清算到电力调度、通信同步,越精准、越稳定的时间尺度,越能支撑国家关键基础设施的可靠运行。

国际原子时(TAI)作为全球统一的时间参考,由国际权度局组织计算并定期发布,各国以此校准本国标准时间,实现全球时间的一致与可比。

问题在于,随着科技和产业对高精度时间需求的跃升,传统以铯原子钟为核心的秒长实现方式正逐步逼近性能边界。

国际计量体系也在加速向“光学频率标准”过渡。

光钟以更高的频率振荡实现计时,其性能相较铯喷泉钟可提升两个量级以上,正成为未来时间基准的关键方向。

国际权度局已公布基于光钟的“秒”定义变更路线图,计划在2030年后择机实施,并对光钟的稳定度、不确定度、可持续运行能力以及国际比对一致性提出更严格要求。

在这一背景下,谁能提供更可靠的高精度频率基准,谁就能在国际标准时间形成机制中发挥更关键作用。

此次突破的原因,首先在于我国光钟关键指标实现了国际先进水平。

国家授时中心团队经过十余年持续攻关,研制的锶光钟NTSC-Sr2频率稳定度与不确定度均优于2×10^-18,达到并超过“秒”定义变更所需的性能门槛。

其次在于具备了稳定运行与工程化保障能力。

国际原子时的形成不是一次性测量,而是对各国连续运行守时钟进行长期比对、加权与校准的系统工程。

能够进入该体系并承担“校准秒长”的角色,既要求单次测量精度,更要求长期可靠性、可追溯性以及与国际比对链条的完整衔接。

第三在于我国已形成从研制、运行到参与国际规则体系的全链条能力建设。

此前,全球范围内仅有美国、英国、法国、日本等少数国家的光钟参与到TAI“驾驭”环节。

此次我国光钟以次级基准身份用于校准TAI,意味着我国具备了在国际计量框架下提供关键数据支撑的能力。

影响层面,这一进展具有多重意义。

一是提升我国标准时间体系的国际支撑力与可信度。

我国光钟进入TAI校准链条,表明我国在国际计量互认框架中的贡献度显著提升。

二是为国家关键基础设施提供更高等级的时间保障。

高精度时间可直接增强卫星导航定位精度与系统一致性,提升通信网络同步能力,降低金融交易对时误差风险,并为重大科学装置、深空探测等任务提供更可靠的基准支撑。

三是推动我国在下一代“秒”定义变更进程中具备更大参与度。

未来“秒”的定义一旦由光钟实现主导,掌握先进光钟与国际比对能力的国家将在标准制定、技术路线与产业应用上拥有更大主动权。

对策方面,要把此次成果转化为可持续优势,关键在于三点:其一,持续提升光钟性能并强化长期运行可靠性,形成可复用的工程化平台,使高端计量能力从实验室稳定走向业务化运行。

其二,完善从光钟到时间尺度生成的链路能力,包括光频梳、传递链路、卫星与光纤时间频率比对等关键环节,提升数据连续性与可追溯性,确保在国际比对中长期保持一致性。

其三,推动成果与产业需求对接,在卫星导航、6G/下一代通信、电网安全、量子信息等领域形成应用牵引,促进高精度时间服务能力体系化提升。

同时,应积极参与国际规则讨论与技术验证,争取在未来“秒”定义变更的验证试验、基准选择与互认评估中发挥更大作用。

前景来看,全球计量体系正处于从微波原子钟向光学频率标准过渡的关键窗口期。

我国锶光钟首次实现对TAI的“驾驭”,意味着不仅“走进”国际标准时间产生体系,更在关键环节实现了能力体现。

值得关注的是,我国在空间光钟等前沿方向也在推进,相关成果有望进一步拓展高精度时间频率基准在空间环境中的应用场景,为空间站在轨科学实验、天地时间频率传递与空间计量能力建设提供新支撑。

随着更多高性能光钟投入运行、比对链路更趋完善,我国有望在未来“秒”定义变更及其后续应用生态中占据更为主动的位置。

时间是人类最宝贵的资源,而精准测量时间的能力则是现代文明的重要标志。

中国光钟首次驾驭国际原子时,不仅是一项科技成就,更是国家战略地位提升的具体体现。

这一突破提醒我们,基础科学和战略性技术的突破往往决定了国家在国际竞争中的地位。

面向未来,继续加强基础研究投入,推动关键核心技术自主创新,才能在全球科技竞争中掌握更多主动权,为人类社会的进步作出更大贡献。