2026年2月7日，中国科学院精密测量科学与技术创新研究院高克林团队发布重磅成果，其研制的第二代液氮低温钙离子光钟实现总系统不确定度4.4E-19，连续计时720亿年仅误差1秒，成为目前全球不确定度指标最高的光钟，相关成果发表于《物理评论快报》，这一突破不仅将钙离子光钟精度推至全新量级，更标志着中国在时间频率基准领域跻身国际第一梯队。
如果把宇宙138亿年的演化史浓缩成一天，这台钙离子光钟从宇宙大爆炸走到今天，时间误差连一眨眼的功夫都不到，因为它需要运行到相当于如今宇宙年龄的5.2倍的时候，才会误差一秒；若是用它来计量人类文明五千年，误差更是小到可以忽略不计。
这也是我国计时器研究方面的重大突破，比该团队2022年研制的105亿年误差1秒的钙离子光钟精度提升了近7倍，让人类的计时精度迈入了全新的“千亿亿分之一”时代。
可能很多朋友没搞懂“光钟到底是个啥”？简单来说，光钟就是利用原子/离子在光学波段的能级跃迁频率来计时的精密仪器，相当于给时间找了个“宇宙级精准心跳”。我们日常用的石英钟靠晶体振动计时，误差以秒计；传统铯原子钟靠微波波段跃迁，最好的精度也才3.2亿年误差1秒；而光钟利用的光频率比微波高10万倍，理论上就是天生的“精准计时选手”，目前主流的光钟还有锶原子光钟、铝离子光钟等，各有技术侧重 。
而钙离子光钟能脱颖而出，背后是高克林团队近30年的“死磕”。2022年，团队研制的钙离子光钟已经达到3E-18的不确定度，本已是行业佼佼者，但科研人员并没有停下脚步。此次升级的第二代液氮低温钙离子光钟，核心突破在于啃下了两个“硬骨头”：一是创新性采用液氮低温技术路线，把黑体辐射频移的影响降到了极致——要知道，任何高于绝对零度的物体都会发出电磁辐射，哪怕是室温下的仪器外壳，都可能干扰离子能级，让计时出现偏差，液氮低温就像给光钟安了个“恒温金钟罩”，隔绝了外界的辐射干扰。
二是实现了离子热运动（宏运动）的精密控制，原子/离子的无规则运动会产生多普勒效应，就像救护车驶过时汽笛声会变调一样，离子运动也会让其跃迁频率“跑偏”，团队通过精准控制，让钙离子几乎保持“静止状态”，从根源上减少了误差 。
这两个技术难题的攻克，直接把钙离子光钟的不确定度从E-18量级推进到E-19量级，而4.4E-19这个数字，翻译过来就是千亿亿分之一的误差率，这意味着这台光钟的“心跳”稳定到了极致，每一次钙离子的能级跃迁，都像宇宙设定好的精准节拍，不会有丝毫错乱。
可能有人会问，把钟造得这么准，除了“炫技”，到底有啥实际用处？答案是，这台光钟的精准度，会从基础科学到日常生活，层层渗透改变我们的世界，而最直观的影响，就是让导航定位的精度实现“质的飞跃”。
我们现在用的手机导航、车载GPS，精度能到米级，背后靠的是卫星上的原子钟，但1纳秒的时间误差，就会带来30厘米的定位偏差。而这台钙离子光钟的超高精度，能让卫星导航的时间同步误差降到极致，理论上可以把导航精度从米级提升到毫米级——以后开车再也不用担心导航“偏航”，无人机配送能精准落到家门口的快递箱，甚至深海探测、航空航天的精准定位，都会因为这台光钟迎来新突破。
除了导航，这种光钟在地球测地学领域，它能精准测量地球重力场的微小变化，帮助科学家监测地壳运动、预测地震；在通讯网络领域，超高精度的时间基准能让5G、6G通讯的同步性更强，减少信号延迟和干扰。
而在更前沿的基础研究领域，这台光钟更是科学家的“超级工具”。时间频率是人类能测量的最准确的物理量，光钟的精度越高，对基本物理定律的检验就越灵敏。比如，科学家可以用它来探索超越标准模型的新物理，寻找暗物质、暗能量的蛛丝马迹；可以更精准地验证相对论，研究引力对时间的影响；甚至能帮助我们探索宇宙的起源和演化，解答“宇宙到底有多老”“时空是否存在涟漪”这类终极问题 。
更重要的是，这台光钟还为“重新定义1秒”提供了坚实的技术支撑。我们现在使用的“秒”，是1967年定义的铯原子秒，以铯-133原子的微波跃迁频率为基准，但随着科技发展，铯原子钟的精度已经接近物理极限。
国际计量大会早已决定，要利用光钟重新定义“秒”，并计划在2030年做出最终决定 。而中国这台钙离子光钟的超高精度，让我们在国际“秒定义”的讨论中拥有了更多话语权，未来当新的“秒”定义诞生时，中国的技术成果将成为重要参考，这不仅是科研实力的体现，更能让中国在全球时间频率基准体系中占据核心位置，维护国家的计量主权。
从日晷的小时级误差，到石英钟的秒级误差，再到如今钙离子光钟的720亿年1秒误差，人类对时间精度的追求，本质上是对未知世界的探索欲。高克林团队近30年磨一剑，造出这台世界最精准的钙离子光钟，不仅是中国科研的一次重大突破，更是人类向宇宙精准探索的一大步。
这台光钟的背后，是中国科学家的坚守和创新，而它的未来，更是充满无限可能。或许在不久的将来，我们拿着手机导航时，不会想到背后有一台720亿年才差1秒的光钟在默默支撑；但当我们的脚步能更精准地踏遍地球、甚至走向宇宙时，我们会明白，对精准的极致追求，永远是人类进步的动力。而中国在时间频率领域的这一突破，也让我们在探索宇宙的道路上，拥有了一把更精准的“时间标尺”。
消息来源：《中国新闻网》2月8日报道《中国团队研制出不确定度指标最高光钟》网址
https://m.toutiao.com/is/PaJ3HTD6NNE/PaJ3HTD6NNE` pib:/ C@U.YM :4pm
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