[video:【午夜新闻】我国实现百公里自由空间时频传递]
日前，中国科学技术学院潘建伟及其朋友张强、姜海峰、彭承志等与中科院武汉技术化学研究所、中科院山西天文台、中科院国家授时中心、济南量子技术研究院和上海学院等单位合作，通过发展大功率低噪音光梳、高灵敏度高精度线性取样、高稳定高效率光传输等技术量子传输距离，首次在国际上实现百公里级的自由空间高精度时间频度传递实验，时间传递稳定度达到皮秒量级，频度传递万秒稳定度优于4E-19。实验结果有效验证了星地链路高精度光频标比对的可行性，向构建广域光频标网路迈出重要一步。该成果于10月5日在线发表于国际学术刊物《自然》。
近些年来，基于超冷原子光晶格的光波段原子钟（光钟）的稳定度已步入E-19量级，将产生新一代的时间频度标准（光频标），结合广域、高精度的时间频度传递可以建立广域时频网路，将在精密导航定位、全球授时、广域量子通讯、物理学基本原理检验等领域发挥重要作用。比如，当全球尺度时频传递的稳定度达到E-18量级时，就可产生新一代的“秒”定义，2026年国际计量会议将讨论这些“秒”的重新定义。进一步，高轨空间具有更低的引力场噪音环境，光频标和时频传递的稳定度理论上才能步入E-21量级，有望在引力波侦测、暗物质搜救等数学学基本问题的研究方面形成重大应用。但是，传统的基于微波的卫星时频传递稳定度仅有E-16量级，不能满足高精度时频网路的需求。基于光频梳和相干侦测的自由空间时频传递技术，稳定度可以达到E-19量级，是高精度时频传递的发展趋势，但此前国际上的相关工作频域低、传输距离近，无法满足星地链路高精度时频传递的需求。
在本工作中，研究团队发展了全保偏光纤皮秒激光技术，实现了瓦级功率输出的高稳定光频梳；基于低噪音平衡侦测和集成干涉光纤光路模块，结合高精度相位提取后处理算法，实现了纳瓦量级的高灵敏度线性光学取样侦测，单次时间检测精度优于100皮秒；进一步提高了光传输望远镜的稳定性和接收效率。在上述技术突破的基础上量子传输距离，研究团队在内蒙呼和浩特成功实现了113公里自由空间时频传递，时间传递万秒稳定度达到皮秒量级，频度传递万秒稳定度优于4E-19，系统相对误差为6.3E-20±3.4E-19，系统可容忍最大链路耗损高达89dB，远低于中高轨星地链路耗损的典型预期值（约78dB），充分验证了星地链路高精度光频标比对的可行性。
审稿人高度评价该工作：“该工作是星地自由空间远距离光学时间频度传递领域的一项重大突破，将对暗物质侦测、物理学基本常数检验、相对论检验等基础数学学研究形成重要影响。”
中国科学技术学院副研究员沈奇、管建宇和研究员任继刚是本论文的共同第一作者。该工作得到中科院、科技部、国家自然科学基金委、安徽省、上海市和江苏省等的捐助和支持。
论文链接
百公里高精度时频传递实验示意图