量子化變革已到來(lái) 高精度時(shí)間頻率讓“千克”等被重新定義

• 2017年9月1日 GuoMeng來(lái)源：中國(guó)新聞網(wǎng) 1483 98
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一度是多少，一千克有多重?從明年開(kāi)始，這些問(wèn)題的答案將不再是熟悉的回答。

量子化變革已到來(lái) ? 高精度時(shí)間頻率讓“千克”等被重新定義

一度是多少，一千克有多重?從明年開(kāi)始，這些問(wèn)題的答案將不再是熟悉的回答。

國(guó)際計(jì)量委員會(huì)副主席、國(guó)際單位制咨詢委員會(huì)主席、德國(guó)聯(lián)邦物理技術(shù)研究院烏爾里奇博士8月31日在北京舉行的“從實(shí)物到量子——原子時(shí)誕生50周年”學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)上透露，將于2018年召開(kāi)的第26屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)將最終審議新的SI(國(guó)際單位制)修訂案。電流、質(zhì)量等7個(gè)基本單位將全部與宇宙中恒定不變的量或基本物理常數(shù)聯(lián)系起來(lái)。屆時(shí)，SI單位的量子化變革將最終完成，這些變化都將基于高精度的時(shí)間頻率測(cè)量技術(shù)。

高精度時(shí)間頻率讓“千克”等被重新定義

50年前的第13屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)通過(guò)了新的秒定義，即用銫133原子基態(tài)的兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)間躍遷頻率的“原子秒”替代了原有基于地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的“天文秒”。這標(biāo)志著原子時(shí)的誕生，宣告一個(gè)以量子定義時(shí)間的時(shí)代到來(lái)。

中國(guó)計(jì)量科學(xué)院院長(zhǎng)方向說(shuō)，“天文時(shí)”到“原子時(shí)”的量子化變革，讓時(shí)間頻率測(cè)量精度躍升了1000萬(wàn)倍以上，相當(dāng)于從數(shù)年誤差一秒精確至數(shù)千萬(wàn)年誤差一秒。目前全球最好的銫原子噴泉鐘不確定度已經(jīng)達(dá)到了10-16量級(jí)，相當(dāng)于幾億年不差一秒。

國(guó)家質(zhì)檢總局副局長(zhǎng)吳清海表示，當(dāng)下，高精度的時(shí)間頻率正廣泛應(yīng)用到人類生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域，如衛(wèi)星導(dǎo)航、通訊、電力、交通、金融等。正是因?yàn)橛辛恕霸訒r(shí)”的保駕護(hù)航，中國(guó)電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)間同步水平達(dá)到1微秒;采用5G技術(shù)的通信基站之間的時(shí)間同步水平達(dá)到100納秒，甚至有望達(dá)到幾十納秒，從而使得一部電影的下載從幾天縮短到幾十秒、幾秒。

與會(huì)專家表示，作為國(guó)際計(jì)量單位制的基礎(chǔ)、核心和關(guān)鍵，時(shí)間頻率基準(zhǔn)率先完成量子化變革。時(shí)間定義的變革催生長(zhǎng)度、電學(xué)、溫度、質(zhì)量等單位的重新定義，于是有了SI單位的變革。

“可以這么說(shuō)，在重新定義之后，長(zhǎng)度和電流都是時(shí)間的導(dǎo)出量，而質(zhì)量是可以由時(shí)間、長(zhǎng)度和電流導(dǎo)出，所以可以說(shuō)質(zhì)量也是時(shí)間的導(dǎo)出量”，中國(guó)計(jì)量科學(xué)院書記段宇寧告訴科技日?qǐng)?bào)記者。此外，伴隨著測(cè)量精度的大幅提升，一大批革命性新技術(shù)也由此誕生，帶來(lái)產(chǎn)業(yè)的跨越式發(fā)展。

“我們期待與中國(guó)更多合作”

我國(guó)計(jì)量技術(shù)的基礎(chǔ)前沿研究走在前列。吳清海說(shuō)，特別是近年來(lái)，一些基礎(chǔ)性、前沿性計(jì)量科研成果不斷涌現(xiàn)，獲得國(guó)際承認(rèn)的國(guó)家校準(zhǔn)測(cè)量能力躍升到全球第4位，中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院激光冷卻—銫原子噴泉鐘參與駕馭國(guó)際原子時(shí)，噪聲溫度計(jì)測(cè)量玻爾茲曼常數(shù)達(dá)到國(guó)際最好水平，量子化霍爾電阻等基準(zhǔn)水平位居國(guó)際先進(jìn)前列，為國(guó)際單位制變革做出了中國(guó)貢獻(xiàn)。

同時(shí)，中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院正在研制NIM6銫噴泉鐘， 預(yù)計(jì)2018年完成，屆時(shí)準(zhǔn)確度會(huì)達(dá)到6000萬(wàn)年不差一秒。

中國(guó)科技大學(xué)副校長(zhǎng)潘建偉院士表示，希望用5到10年發(fā)射衛(wèi)星、形成量子星座，與地面光纖形成全球量子通信網(wǎng)絡(luò)。關(guān)于量子技術(shù)與計(jì)量，他說(shuō)，2014年，哈佛大學(xué)的教授提出“讓全球各地原子鐘實(shí)現(xiàn)量子糾纏，利用光波頻率實(shí)現(xiàn)信息傳輸”的設(shè)想，“雖然這還是初步的構(gòu)想，但一旦實(shí)現(xiàn)了，將可以驗(yàn)證包括廣義相對(duì)論在內(nèi)的物理學(xué)基本理論，也可以進(jìn)行暗物質(zhì)探測(cè)等前沿研究。”

“中國(guó)計(jì)量基礎(chǔ)研究在部分領(lǐng)域已達(dá)到國(guó)際最好水平，我們非常期待雙方開(kāi)展更多合作?！睘鯛柪锲姹硎?。

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