北京市一支年輕的科研團隊，在實驗室內(nei) 成功發出波長僅(jin) 148納米的連續激光，攻克了核光鍾研製的最後一個(ge) 核心瓶頸，並首次將超穩激光技術拓展至真空紫外波段。依托這項技術，未來，人類對時間的精密計量能力將有望再上台階。2月12日，這項成果登上《自然》雜誌。

時間計量離不開高精度“振蕩器”。全國通用的“北京時間”，是依靠高性能原子鍾組通過精密比對和校準實現的。原子鍾的原理基於(yu) 原子外層電子躍遷，但外層電子對電磁場環境比較敏感，一旦受到外界影響，頻率就會(hui) 發生改變，影響計時精度。最高精度的原子光鍾通常隻能在實驗室環境內(nei) 運行。

科學界提出了一條更具潛力的路徑——核光鍾。釷-229原子核激發態能量最低，最容易被激光激活，它的原子核內(nei) 部躍遷可以成為(wei) 計時的參考。原子核躍遷對外部環境的敏感性更低，這讓核光鍾的工作環境限製更小，更加簡易、便攜，且測量精度有望進一步提升。“不過，這些隻是學術界的展望，因為(wei) 核光鍾的研製麵臨(lin) 一個(ge) 核心瓶頸，那就是產(chan) 出能操控釷-229原子核的148納米連續激光。”清華大學副教授、北京量子信息科學研究院兼聘研究員丁世謙帶領團隊，向這一難題發起挑戰。

實驗室裏，一個(ge) 意想不到的現象出現。“蒸氣內(nei) 的原子密度大、速度快且持續劇烈碰撞，學界通常認為(wei) 這可能會(hui) 導致激光頻率轉化過程中噪聲增加。但實驗結果清晰表明，借助四波混頻技術，在約600攝氏度的鎘蒸氣中產(chan) 生的148納米激光，波動竟然絲(si) 毫未受影響。”丁世謙說，這項持續了3年多的研究，在國際上首次實現148納米連續波激光輸出，並將超穩激光技術推進至真空紫外波段，有能力完成對釷-229核光鍾的操控。

“我們(men) 完成這項成果時，肖琦還是清華大學的一名本科生，他和一位白俄羅斯籍留學生合作，兩(liang) 人同為(wei) 這篇論文的第一作者。本科期間就能做出登上世界頂級期刊的科研成果，這在全球範圍內(nei) 都比較罕見。”丁世謙說，這是他帶領的實驗室成立4年來，取得的首項實驗成果。就是這個(ge) 平均年齡還不到30歲的科研團隊，補齊了核光鍾研製的最後一塊拚圖。“這幾位學生都有著非常紮實的理論基礎，獨立工作能力也很強，隻要選定有前景的領域，盡心引導，他們(men) 就能發揮出驚人的能量。”

這項重大突破，還離不開北京的科創沃土。“作為(wei) 新型研發機構，北京量子院創新體(ti) 製機製，為(wei) 我們(men) 青年科技工作者提供了跨學科合作的新平台。”丁世謙表示，在北京量子院“兼職”，讓他有機會(hui) 與(yu) 物理、光學、電子工程等多領域專(zhuan) 家緊密協作，推動科學理論快速向實驗轉化。

接下來，丁世謙將立足現有成果繼續探索，進一步縮小激光器的體(ti) 積、優(you) 化激光輸出質量，並嚐試研製核光鍾。“目前，激光器需要占據一整個(ge) 光學平台的麵積，大約幾平方米。隨著我們(men) 對各個(ge) 環節的優(you) 化，未來，它有望縮小至一個(ge) 電腦機箱的大小，更加便於(yu) 搬運和使用。”他表示，這個(ge) 光源平台除了服務於(yu) 新型導航係統，還能支撐量子精密測量研究、量子信息相關(guan) 實驗、芯片半導體(ti) 檢測等需求。