中國科學(xué)院精密測量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院童昕團(tuán)隊(duì)與柳曉軍團(tuán)隊(duì)近日在《國家科學(xué)評(píng)論》“量子信息進(jìn)展”專題發(fā)表觀點(diǎn)文章，系統(tǒng)梳理了釷核光學(xué)鐘領(lǐng)域的技術(shù)脈絡(luò)與突破性進(jìn)展。

作為目前唯一可實(shí)現(xiàn)激光操控的原子核體系，釷-229的獨(dú)特核躍遷特性為突破現(xiàn)有計(jì)時(shí)精度極限開辟了全新路徑。

研究團(tuán)隊(duì)指出，釷核光學(xué)鐘憑借原子核尺寸小、量子態(tài)間隔大、電子屏蔽效應(yīng)強(qiáng)等優(yōu)勢，理論上可將時(shí)間頻率標(biāo)準(zhǔn)的不確定度提升至10-19量級(jí)以上，有望成為下一代計(jì)時(shí)基準(zhǔn)。

經(jīng)過半個(gè)世紀(jì)的持續(xù)攻關(guān)，國際科研界已在釷核躍遷激光激發(fā)、真空紫外光梳技術(shù)等關(guān)鍵領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展，包括實(shí)現(xiàn)kHz級(jí)精度的核躍遷頻率測量，以及通過摻雜晶體材料成功觀測到核四極矩分裂現(xiàn)象。

然而，該領(lǐng)域發(fā)展仍面臨多重技術(shù)挑戰(zhàn)：高純度釷-229同位素極度稀缺，全球可用量僅為克量級(jí)；148納米窄線寬連續(xù)激光技術(shù)尚未突破；固態(tài)環(huán)境中核躍遷對(duì)溫度波動(dòng)的敏感性高達(dá) 10-6/K，需將晶體溫度穩(wěn)定度控制在5微開爾文以內(nèi)；閉環(huán)操控系統(tǒng)的缺失也阻礙了鐘躍遷的快速檢測與調(diào)控。

"這些技術(shù)瓶頸的突破將催生計(jì)時(shí)領(lǐng)域的革命性變革。" 通訊作者童昕研究員強(qiáng)調(diào)，"釷核光學(xué)鐘不僅能顯著提升導(dǎo)航定位、量子通信等應(yīng)用的精度，更將為檢驗(yàn)精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)變化、探索暗物質(zhì)等基礎(chǔ)物理研究提供全新探針。"