丁世谦在实验室调试设备
科研机构：清华大学/北京量子院丁世谦团队
重要成果：研制出148纳米连续波超窄线宽激光光源
2025年5月12日晚上10时许，清华大学物理系地下三层一间不起眼的实验室里，当电脑上闪现出一排轻轻跃动的干涉条纹，丁世谦和团队成员的激动之情难以言表。这意味着他们几个月前研制的148纳米连续波激光具有极高的光谱纯度，从而补齐了核光钟研制中的“最后一块拼图”。这束光或将彻底改变未来人类计量时间、感知世界的方式。研制这束激光的，正是清华大学物理系副教授、北京量子信息科学研究院（以下简称“北京量子院”）兼聘研究员丁世谦和他平均年龄不到30岁的年轻团队。
这“一束光”可顶天立地
“什么是核光钟？它是一种以钍-229原子核跃迁为基准的新型光钟，你可以把它理解为一个稳定性极高的计时器。”丁世谦解释，目前已问世的最精确的计时器是原子钟，是利用原子核外的电子跃迁作为“钟摆”，但电子质量极轻，极易受外界电磁场干扰，这导致原子钟难以搬出实验室，极大限制了其实际应用。而核光钟基于原子核跃迁，原子核质量比电子重十万倍，体积小几十万倍，因而对外界干扰极不敏感。理论上，核光钟测量精度能达10-19以上，通俗理解，在3000亿年的时间尺度上误差不会超过1秒。
丁世谦介绍，核光钟是国际前沿科技竞争的战略性方向。不过，二十多年来其研究一直停留在纸面，核心瓶颈之一在于缺乏能够操控钍-229原子核的148纳米连续波激光。而丁世谦团队的工作正是攻克了这个关键性的问题——他们突破了主流的非线性晶体路线，改用镉蒸气四波混频新方案，成功研制出了148纳米连续波超窄线宽真空紫外激光光源。
这项成果的意义，丁世谦用“顶天立地”来形容：“‘顶天’是指它的基础前沿性，我们第一次有望用激光去相干地操控原子核，这是一片全新的、未开垦的物理疆域，也为其他领域的基础研究提供一个更加高精度的工具；‘立地’则是指它比较接地气，作为一个通用的真空紫外激光平台，有明确的应用前景。”
团队经历了“死磕”之旅
这项领跑全球、引起广泛关注的研究，诞生于一支平均年龄不到30岁的年轻团队。回顾研发过程，丁世谦总结：除了方向判断和技术积累之外，更离不开探索未知的勇气、长期坚持的韧劲，以及一点科研中的“运气”。
早在2018年，丁世谦就重点关注核光钟方向。彼时，这一领域由于挑战极大，少有人涉足。2020年丁世谦毅然选择了这一高风险研究方向，并凭借相关研究计划获得清华大学的聘任机会。“光钟光钟，激光是最核心的部件。能够实现激光操控原子核，这太有吸引力了，我们就一头扎了进去。”
从2022年产生想法，团队花了两年时间进行理论计算，最终锁定了基于金属镉蒸气四波混频的连续波真空紫外产生方案。曾经，他们经历了长达四个月的“至暗时刻”：所有条件都准备好了，就是做不出光来。但团队没有放弃。直到2025年1月25日的晚上，那束梦寐以求的光终于出现。到当年5月12日，团队又进一步验证激光的光谱纯度，光钟激光终于有了明确的技术路线。
今年2月，团队相关成果发表于国际顶尖期刊《自然》。论文完成时，第一作者肖琦还没有本科毕业。谈及为什么敢让本科生挑大梁，丁世谦说：“一开始团队成员人数不多，其他成员都有其他具体任务。肖琦有想法、有热情，而且初生牛犊不怕虎。我们就像找到了正确的地方下铲子，结果就挖到了‘金矿’。”
创新生态助他们大展拳脚
一个没有“人才帽子”的青年学者，为什么能带领团队实现如此重大的突破？丁世谦认为，这离不开北京对基础研究的重视，以及像北京量子院这样的新型研发机构提供的灵活支持。“懂行的领导是关键。”丁世谦说，“北京量子院不少领导是世界级的顶尖科学家，具有丰富的一线研究经验，他们能敏锐地意识到这项研究的重要性，及时给予大力支持。”
作为北京量子院的兼聘研究员，丁世谦团队得到了资金和设备等多方面的支持。一开始团队只有四五个人，且多为清华大学的学生，缺乏具有实战经验的工程师等力量。于是，北京量子院广纳人才，将丁世谦团队扩充到十余人。而在北京量子院“兼职”，也让丁世谦有机会与物理、光学、电子工程等多领域专家紧密协作，推动科学理论快速向实验转化。
对于在北京做基础研究，丁世谦的感触很深：“政府当前对基础研究的重视程度，无论纵向的历史对比，还是横向的国际对比，都是罕见的。北京更是各种支持政策不断，而且这里能吸引全国乃至全球的人才，这是北京独特的创新生态。对于我们这样的年轻团队来说，可以大展拳脚，无疑是我们能做成事的关键因素。”
编辑 刘佳妮
来源：北京青年报
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