新型原子鐘創下最高精度紀錄 有望推動“秒”重新定義并促進量子技術發展

研究人員展示新型鋁離子阱裝置。　圖片來源：NIST

科技日報北京7月15日電 （記者劉霞）美國國家標準與技術研究院（NIST）研究團隊14日在《物理評論快報》雜志上發表一項重要成果：他們通過將鋁離子捕獲于離子阱中改進了原子鐘，使其精度創下小數點后19位的驚人紀錄。這項突破有望推動國際單位制中“秒”的重新定義，并促進量子技術的發展。

這款新型原子鐘在光學時鐘的兩大核心指標上均實現突破：其準確度較此前紀錄提升41%；穩定性更是達到其他原子鐘的2.6倍。研究團隊表示，打造史上最精準的時鐘不僅有望拓展物理學邊界，更能讓科學家以全新視角認識世界。

鋁離子因其得天獨厚的特性成為理想選擇：其振蕩頻率比現行“秒”定義基準的銫原子更為穩定，且對環境干擾具有極強抗性。

研究團隊歷時20載持續優化，從激光系統到離子阱結構，乃至真空腔體都經過精密改造。

團隊創新鍍金工藝，通過加厚離子阱金涂層降低電阻，有效抑制鋁離子擾動；接著，他們改良真空系統，采用鈦合金腔體替代傳統鋼材，使氫氣滲透量驟降至1/150；最后，通過3.6公里光纖網絡整合NIST和科羅拉多大學博爾德分校聯合研究機構JILA實驗室的“世界最穩激光源”，更精準探測鋁離子并計算其振蕩頻率。

在這些改進的加持下，整個系統單次探測時長從0.15秒延長至1秒。這不僅提高了時鐘的穩定性，也將測量到小數點后19位所需時間從3周減少到一天半。

團隊表示，這項突破性進展有望帶來深遠影響。更精確的原子鐘有助國際社會更精確定義秒，從而催生新的技術進步。新系統也能用作量子邏輯測試平臺，助力科學家探索量子物理學領域的新概念。此外，新時鐘不僅可用于探索地球重力場的細微變化，也可能發現標準模型之外的新物理現象。