中国科学技術大学のPan Jianwei氏、Chen Yuao氏、Dai Hanning氏らで構成される研究チームは、5×10よりも優れた10,000秒の安定性と不確実性の開発に成功した。-18（誤差1秒未満で数十億年に相当）ストロンチウム原子光格子時計。公表されたデータによると、このシステムは国内で最高の総合指標を備えた現行の光時計であるだけでなく、我が国は米国に次いで上記の総合指標を達成した2番目の国となった。

この成果は、将来の光クロックの長距離比較、超高精度光周波数標準ベンチマークの確立、世界規模の光クロックネットワークの実現に向けた重要な技術基盤となります。関連する結果は、計測学の分野における重要な国際学術誌である Metrology に 1 月 12 日に掲載されました。

現在、最も先進的な光学時計は、秒の定義に国際的に使用されているマイクロ波噴水時計よりも 2 桁以上正確です。第 27 回国際度量衡会議で「秒の未来の再定義」に関する決議が可決されたのは、まさに量子精密測定技術の発展に基づいています。 2026年に国際単位系（SI）の「秒」を再定義するために光時計を使用するための具体的なルートを提案し、2030年に最終決定を下す予定である。光時計に基づく新世代の秒の定義を推進するには、少なくとも3つの異なる研究所が光時計の不確かさを2×10以上にする必要がある。-18、光リンクまたはモバイル光クロック経由で 5×10 よりも優れた速度を達成-18 周波数比較精度。


図1 USTCのSr1、Sr2光クロックの非同期比較動作と安定性能

研究チームは近年、光格子に基づく極低温原子の量子シミュレーションで実りある研究を実施し、NatureとScienceに9本の論文を発表し、高精度光格子時計の開発に必要な技術的基盤を築いた。この研究で、研究チームはストロンチウム原子（87Sr) レーザーは、超安定共振器に事前にロックされた超安定レーザーを使用して、長寿命の一次元光格子内で冷却および拘束し、ストロンチウム原子のクロック状態遷移を調査し、光時計の閉ループ動作を実現します。 2 つの独立したストロンチウム原子光格子時計 (Sr1 と Sr2) を使用して周波数比較測定を行ったところ、1 組の光時計の安定性が 10,000 秒の積分時間で 4×10 に達することがわかりました。-18、47000 秒で 2.1×10 に到達-18、全体で 5.4×10 に達する-16/sqrt(τ)、τ は積分測定の時間です。これに基づいて、研究チームはまた、Sr1光時計のシステム周波数シフト係数の項目ごとの評価を実施し、最終的に4.4×10というシステム不確かさを取得しました。-18 は 72 億年に相当し、わずか 1 秒の誤差です。上記の性能指標は、光時計システムが「秒」の再定義の要件を部分的に満たしていることを示しています。

この研究活動により、我が国の原子光周波数標準の性能指標が改善されました。 Pan Jianwei、Zhang Qiang、Jiang Haifeng、Peng Chengzhi らのこれまでの成果と組み合わせると、10,000 秒の安定性は 4×10 よりも優れています。-19 の 100 キロメートルの自由空間での高精度の時間と周波数の伝送 [Nature610,661(2022)]、長距離光時計の比較を確立 (Sr/Yb、Sr/Ca など)+) は強固な基盤を築き上げており、将来的には新世代の地球時間ベンチマークを構築し、さらには重力波検出や暗黒物質探索のための新しい方法を提供する上でも非常に価値があります。

この研究活動は、安徽省科学技術省、上海市、中国自然科学財団、中国科学院、および新コーナーストーン科学財団から資金提供を受けました。

論文リンク:

https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1681-7575/ad1a4c