“中國光鐘”奮起直追
??? 比傳統(tǒng)電腦運(yùn)算速度更快、資料儲(chǔ)存更多的量子電腦，有望在本世紀(jì)內(nèi)成真！今年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)兩位得主：法國物理學(xué)家阿羅什和美國物理學(xué)家維因蘭德，突破了前人認(rèn)為的不可能任務(wù)，成功捕捉個(gè)別粒子來測量及操控，為研發(fā)量子電腦打開大門。??? “他們的突破性研究，讓原本神秘的量子世界不再‘與世隔絕’，并使得量子光學(xué)的研究向應(yīng)用發(fā)展。中國的時(shí)間頻率計(jì)量研究將繼續(xù)關(guān)注他們的研究成果。”中國計(jì)量院時(shí)間頻率所所長方占軍研究員表示，兩位諾貝爾獎(jiǎng)得主在業(yè)界享有盛名，得獎(jiǎng)的呼聲也一直很高，這次獲獎(jiǎng)可謂實(shí)至名歸。
??? 中國工程院院士、中國計(jì)量院首席研究員李天初解釋，兩位獲獎(jiǎng)?wù)叩膶?shí)驗(yàn)方法可謂各有千秋，但他們的實(shí)驗(yàn)?zāi)康膮s是相同的?！鞍⒘_什和維因蘭德的研究小組分別發(fā)明并拓展出不同的巧妙的實(shí)驗(yàn)方法，在不影響粒子量子力學(xué)性質(zhì)的情況下，成功地實(shí)現(xiàn)對量子系統(tǒng)的測量和操控，這在物理學(xué)上意義重大?！?
??? 此次獲獎(jiǎng)?wù)咧坏拇笮l(wèi)·維因蘭德是美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）（以下簡稱美國標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院）物理實(shí)驗(yàn)室與科羅拉多大學(xué)的物理學(xué)家。這個(gè)被李天初稱為“離子光鐘鼻祖”的物理學(xué)家的主要成就體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是實(shí)驗(yàn)開創(chuàng)了基于離子阱的量子計(jì)算技術(shù)，為量子通訊和新一代超級量子計(jì)算機(jī)的誕生提供了可能；二是在離子存儲(chǔ)光鐘方面做出了杰出貢獻(xiàn)。作為中國的計(jì)量界同行，李天初和方占軍都不約而同地談起維因蘭德研制的至今為止世界上最準(zhǔn)確的光鐘——鋁離子光鐘，而這也是維因蘭德在時(shí)間頻率計(jì)量界備受關(guān)注的原因。據(jù)介紹，1978年維因蘭德在全球首次提出了“離子光鐘”的概念，他的團(tuán)隊(duì)研制出的鋁離子光鐘在2008年的不確定度已達(dá)到8.5×10-18?！跋喈?dāng)于40億年不差一秒?！崩钐斐跄贸龉P和紙，詳細(xì)演算后告訴記者。
??? 中國計(jì)量院時(shí)間頻率所目前承擔(dān)著銫原子噴泉鐘和激光冷卻鍶原子光晶格鐘的研制及參與國際原子時(shí)協(xié)作，以及中國計(jì)量院世界協(xié)調(diào)時(shí)等工作，與維因蘭德團(tuán)隊(duì)所屬的美國標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院時(shí)間頻率處有著頻繁的工作交流。雖然與維因蘭德本人不熟，但李天初和方占軍對其研究內(nèi)容都非常熟悉。
??? 方占軍介紹，光鐘可以分為原子光鐘和離子光鐘。引領(lǐng)原子光鐘研究的是日本的東京大學(xué)和美國的實(shí)驗(yàn)天體物理實(shí)驗(yàn)室（JILA）；引領(lǐng)離子光鐘研究的就是維因蘭德所在的美國標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)院。現(xiàn)行的時(shí)間單位“秒”是以銫原子在微波波段上的躍遷為基礎(chǔ)定義的。中國計(jì)量院的李天初團(tuán)隊(duì)先后研制的兩型銫原子噴泉鐘是中國復(fù)現(xiàn)秒定義的基準(zhǔn)裝置，準(zhǔn)確度相當(dāng)于1500萬年不差一秒。而光鐘是利用原子在光波波段的躍遷來定義時(shí)間/頻率標(biāo)準(zhǔn)的，光學(xué)頻率比微波頻率高4到5個(gè)數(shù)量級，因此在相同其他條件下，光鐘的準(zhǔn)確度將優(yōu)于微波鐘，預(yù)期可超越目前最精準(zhǔn)的銫原子鐘好幾百倍。
??? 相對于美國、日本、法國、德國、英國等處于一流研究水準(zhǔn)的國家，我國在光鐘研制方面還處于跟蹤研究階段，起步較晚，而且基礎(chǔ)薄弱，特別是在項(xiàng)目開始階段，缺乏一手的研究資料和經(jīng)驗(yàn)，很多數(shù)據(jù)都依靠國外的相關(guān)參考文獻(xiàn)才能獲得。
??? 但目前，我國已有多家單位都在從事光鐘研制工作，并也取得了一些重要成果。李天初介紹，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前，中國計(jì)量院、清華大學(xué)、中科院武漢物數(shù)所、華東師范大學(xué)，中科院國家授時(shí)中心等9家單位在研制的光鐘有13種共14臺(tái)，我國已成為世界上研制光鐘種類、臺(tái)數(shù)和單位數(shù)最多的國家。
??? 其中，2012年7月，中科院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所高克林研究員領(lǐng)導(dǎo)的研究組成功研制出我國首臺(tái)基于單個(gè)囚禁鈣離子的“光鐘”，并被國際計(jì)量委員會(huì)時(shí)間頻率咨詢委員會(huì)（CCTF）采納參與國際推薦值的計(jì)算，這是中國光學(xué)頻率標(biāo)準(zhǔn)的頻率測量值第一次對國際推薦值作出貢獻(xiàn)。
??? 此外，中國計(jì)量院在研的鍶原子光晶格鐘和華東師范大學(xué)在研的鐿原子光晶格光鐘等都已取得了良好進(jìn)展。
??? 2012年，方占軍的研究團(tuán)隊(duì)邁出了關(guān)鍵的一步，獲得了光晶格鐘囚禁的鍶88原子的邊帶可分辨中躍遷譜線，并有望能在2015年第20屆CCTF會(huì)議之前實(shí)現(xiàn)鍶87原子光晶格鐘的閉環(huán)鎖定，在應(yīng)對世界時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)的重新定義中為我國爭得更多話語權(quán)。
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