日本國家信息和通信研究所（NICT）將光晶格鐘和氫微波激射器結(jié)合產(chǎn)生精確時(shí)頻標(biāo)準(zhǔn)實(shí)時(shí)信號。這一光學(xué)-微波混合系統(tǒng)產(chǎn)生的信號持續(xù)半年無中斷。

由此得出的“1秒”單位比當(dāng)前的協(xié)調(diào)世界時(shí)（UTC）更準(zhǔn)確，持續(xù)運(yùn)行半年與地球時(shí)間（TT）（國際計(jì)量局處理后最準(zhǔn)確的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)）相差0.8納秒。這個(gè)演示證明了光鐘可在未來十年內(nèi)實(shí)現(xiàn)定義“秒”。這一成就發(fā)表于2018年3月9日的公開期刊《科學(xué)報(bào)告》中。

國家標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間與世界協(xié)調(diào)時(shí)保持同步。銫原子的躍遷頻率用于定義“秒”長，銫原子鐘被直接用于守時(shí)。光鐘最近飛速發(fā)展，不確定度比微波鐘更低（理論上更精準(zhǔn)）。然而，迄今還沒人能實(shí)現(xiàn)使用光鐘產(chǎn)生時(shí)間頻率標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)時(shí)信號,因?yàn)楣忡姾茈y持續(xù)運(yùn)行1個(gè)月或更長時(shí)間。

日本國家信息和通信研究所時(shí)空標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室的研究員，包括原子物理學(xué)家和時(shí)間構(gòu)成專家，演示了一種新的時(shí)頻標(biāo)準(zhǔn)生成方法，即“光-微波混合時(shí)頻標(biāo)準(zhǔn)”，該方法將光晶格鐘和氫微波激射器結(jié)合產(chǎn)生時(shí)頻標(biāo)準(zhǔn)。“鍶-87”光晶格鐘每周運(yùn)行3個(gè)小時(shí)以校準(zhǔn)氫微波激射器的頻率，此外，利用最近25天的測量數(shù)據(jù)預(yù)測氫微波激射器頻率如何變化。進(jìn)而接下來的一周提前調(diào)整氫微波激射器的頻率，以補(bǔ)償預(yù)測到的頻率漂移。

研究人員將由此得到的精確的時(shí)頻標(biāo)準(zhǔn)實(shí)時(shí)信號與兩個(gè)所謂的“紙鐘”——UTC和TT相比。光學(xué)時(shí)頻標(biāo)準(zhǔn)與UTC的時(shí)間差在5個(gè)月內(nèi)擴(kuò)大到了8納秒，但與TT（BIPM）的時(shí)間差仍保持在小于1納秒。

這些結(jié)果表明光學(xué)時(shí)頻標(biāo)準(zhǔn)比UTC更準(zhǔn)確，并且在精度和穩(wěn)定度方面與TT（BIPM）媲美。UTC和TT（BIPM）是通過世界上超過400個(gè)原子鐘和最先進(jìn)的銫噴泉原子鐘計(jì)算得到的數(shù)字產(chǎn)品，不是實(shí)時(shí)的時(shí)頻標(biāo)準(zhǔn)。而NICT產(chǎn)生的信號在6個(gè)月內(nèi)產(chǎn)生真正的實(shí)時(shí)信號。

另一件要注意的是未來重新定義國際單位制秒的影響,對此,時(shí)間和頻率計(jì)量界最近開始討論這個(gè)問題。這種混合方法成功評估了UTC 6個(gè)月的月平均頻率，且結(jié)果與其他最先進(jìn)的銫原子噴泉鐘報(bào)告的結(jié)果一致。基于光鐘校準(zhǔn)UTC的基本能力是光鐘未來重新定義“秒”長的先決條件之一。

NICT生成日本標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間（JST）。NICT期望利用這種混合方法逐步為JST生成系統(tǒng)服務(wù)。下一步將是建立冗余的光學(xué)頻率基準(zhǔn)。另一光晶格鐘或單離子鐘將投入運(yùn)行。可以通過光纖網(wǎng)絡(luò)或衛(wèi)星傳輸時(shí)間頻率將這些鐘與其他實(shí)驗(yàn)室的鐘聯(lián)結(jié)。

研究人員表示“高精度光鐘有望成為大地測量傳感器來檢測重力環(huán)境的變化”。（中國航天系統(tǒng)科學(xué)與工程研究院 柳銥雯 賈平）