时钟精度的提升有望应用于GPS精度的提高、地震预测研究、海平面上升等全球变暖现象对地球的影响观测等领域。

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目前全球定义的标准时间是利用量子技术的原子钟测量的。

原子钟的精度可以到1秒的10的负15次方,换句话说这种时钟在3000万年里只会误差1秒。

而来自日本东京大学工学系研究科的香取秀俊教授团队成功开发出了将精度再提高约1000倍的时钟。

香取教授团队开发的时钟是使用冷却原子的“光晶格钟”。

普通原子钟使用微波进行测量,而“光晶格钟”则使用比微波频率快约10万倍的光的频率进行测量。

2014年,该团队实现了1秒的10的18次方的测量精度,完成了一款“在300亿年里仅误差1秒”的终极时钟。

实际上,我们日常使用的GPS功能与时钟精度密切相关这一点鲜为人知。

智能手机的位置信息是通过接收多颗卫星的信号来确定位置的,而测量卫星与智能手机之间的距离需要准确的时间测量,因此卫星上目前都配备了高精度的原子钟。

据说卫星的原子钟如果偏差1微秒(1秒的百万分之一),就会产生约300米的误差。

如果使用“光晶格钟”,就可以更好地抑制这类时钟产生的误差。

然而,要实现这一点,“光晶格钟”的小型化是必不可少的。

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香取教授团队通过集中化激光装置等手段,成功将装置体积从原来的920升缩小到了250升,可以说,这已经达到了未来可以搭载在卫星上的尺寸。

香取团队在世界上首次实现了“光晶格钟”在实验室外的时间测量

为了测试这款超级时钟,香取教授团队选择的实验场所是东京天空树,团队想用时钟验证爱因斯坦的广义相对论。

他们在高450米的东京天空树观景台上放置了一台,在地面上又放置了一台进行实验。

结果显示,观景台上的时钟每天比放置在地面上的快了约4纳秒(十亿分之一秒),这与广义相对论的预测一致。

预计在2030年,国际度量衡大会将重新定义秒等世界通用的时间单位,“光晶格钟”是有力的候选之一。

目前,日本岛津制作所正在推进“光晶格钟”的商业化开发。