量子化变革已到来 “千克”或被重新定义

2017-09-04 09:44 测控要闻   来源:科技日报    作者: 操秀英

导读国际计量委员会副主席、国际单位制咨询委员会主席、德国联邦物理技术研究院乌尔里奇博士8月31日在北京举行的“从实物到量子——原子时诞生50周年”学术报告会上透露,将于2018年召开的第26届国际计量大会将最终审议新的SI(国际单位制)修订案。电流、质量等7个基本单位将全部与宇宙中恒定不变的量或基本物理常数联系起来。届时,SI单位的量子化变革将最终完成,这些变化都将基于高精度的时间频率测量技术。  

一度是多少,一千克有多重?从明年开始,这些问题的答案将不再是熟悉的回答。

国际计量委员会副主席、国际单位制咨询委员会主席、德国联邦物理技术研究院乌尔里奇博士8月31日在北京举行的“从实物到量子——原子时诞生50周年”学术报告会上透露,将于2018年召开的第26届国际计量大会将最终审议新的SI(国际单位制)修订案。电流、质量等7个基本单位将全部与宇宙中恒定不变的量或基本物理常数联系起来。届时,SI单位的量子化变革将最终完成,这些变化都将基于高精度的时间频率测量技术。

高精度时间频率让“千克”等被重新定义

50年前的第13届国际计量大会通过了新的秒定义,即用铯133原子基态的两个超精细能级间跃迁频率的“原子秒”替代了原有基于地球自转和公转的“天文秒”。这标志着原子时的诞生,宣告一个以量子定义时间的时代到来。

中国计量科学院院长方向说,“天文时”到“原子时”的量子化变革,让时间频率测量精度跃升了1000万倍以上,相当于从数年误差一秒精确至数千万年误差一秒。目前全球最好的铯原子喷泉钟不确定度已经达到了10-16量级,相当于几亿年不差一秒。

国家质检总局副局长吴清海表示,当下,高精度的时间频率正广泛应用到人类生产生活的各个领域,如卫星导航、通讯、电力、交通、金融等。正是因为有了“原子时”的保驾护航,中国电网运行时间同步水平达到1微秒;采用5G技术的通信基站之间的时间同步水平达到100纳秒,甚至有望达到几十纳秒,从而使得一部电影的下载从几天缩短到几十秒、几秒。

与会专家表示,作为国际计量单位制的基础、核心和关键,时间频率基准率先完成量子化变革。时间定义的变革催生长度、电学、温度、质量等单位的重新定义,于是有了SI单位的变革。

“可以这么说,在重新定义之后,长度和电流都是时间的导出量,而质量是可以由时间、长度和电流导出,所以可以说质量也是时间的导出量”,中国计量科学院书记段宇宁告诉科技日报记者。此外,伴随着测量精度的大幅提升,一大批革命性新技术也由此诞生,带来产业的跨越式发展。

“我们期待与中国更多合作”

我国计量技术的基础前沿研究走在前列。吴清海说,特别是近年来,一些基础性、前沿性计量科研成果不断涌现,获得国际承认的国家校准测量能力跃升到全球第4位,中国计量科学研究院激光冷却—铯原子喷泉钟参与驾驭国际原子时,噪声温度计测量玻尔兹曼常数达到国际最好水平,量子化霍尔电阻等基准水平位居国际先进前列,为国际单位制变革做出了中国贡献。

同时,中国计量科学研究院正在研制NIM6铯喷泉钟, 预计2018年完成,届时准确度会达到6000万年不差一秒。

中国科技大学副校长潘建伟院士表示,希望用5到10年发射卫星、形成量子星座,与地面光纤形成全球量子通信网络。关于量子技术与计量,他说,2014年,哈佛大学的教授提出“让全球各地原子钟实现量子纠缠,利用光波频率实现信息传输”的设想,“虽然这还是初步的构想,但一旦实现了,将可以验证包括广义相对论在内的物理学基本理论,也可以进行暗物质探测等前沿研究。”

“中国计量基础研究在部分领域已达到国际最好水平,我们非常期待双方开展更多合作。”乌尔里奇表示。

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