量子化變革已到來 高精度時間頻率讓“千克”等被重新定義

一度是多少，一千克有多重？從明年開始，這些問題的答案將不再是熟悉的回答。

國際計量委員會副主席、國際單位制咨詢委員會主席、德國聯邦物理技術研究院烏爾裡奇博士8月31日在北京舉行的“從實物到量子——原子時誕生50周年”學術報告會上透露，將於2018年召開的第26屆國際計量大會將最終審議新的SI（國際單位制）修訂案。電流、質量等7個基本單位將全部與宇宙中恆定不變的量或基本物理常數聯系起來。屆時，SI單位的量子化變革將最終完成，這些變化都將基於高精度的時間頻率測量技術。

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“不識秤花，難以當家”，木杆秤曾經是農家必備的生活用品。

（鐘磊/人民圖片）

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高精度時間頻率讓“千克”等被重新定義

50年前的第13屆國際計量大會通過了新的秒定義，即用銫133原子基態的兩個超精細能級間躍遷頻率的“原子秒”替代了原有基於地球自轉和公轉的“天文秒”。這標志著原子時的誕生，宣告一個以量子定義時間的時代到來。

中國計量科學院院長方向說，“天文時”到“原子時”的量子化變革，讓時間頻率測量精度躍升了1000萬倍以上，相當於從數年誤差一秒精確至數千萬年誤差一秒。目前全球最好的銫原子噴泉鐘不確定度已經達到了10-16量級，相當於幾億年不差一秒。

國家質檢總局副局長吳清海表示，當下，高精度的時間頻率正廣泛應用到人類生產生活的各個領域，如衛星導航、通訊、電力、交通、金融等。正是因為有了“原子時”的保駕護航，中國電網運行時間同步水平達到1微秒﹔採用5G技術的通信基站之間的時間同步水平達到100納秒，甚至有望達到幾十納秒，從而使得一部電影的下載從幾天縮短到幾十秒、幾秒。

與會專家表示，作為國際計量單位制的基礎、核心和關鍵，時間頻率基准率先完成量子化變革。時間定義的變革催生長度、電學、溫度、質量等單位的重新定義，於是有了SI單位的變革。

“可以這麼說，在重新定義之后，長度和電流都是時間的導出量，而質量是可以由時間、長度和電流導出，所以可以說質量也是時間的導出量”，中國計量科學院書記段宇寧告訴科技日報記者。此外，伴隨著測量精度的大幅提升，一大批革命性新技術也由此誕生，帶來產業的跨越式發展。

“我們期待與中國更多合作”

我國計量技術的基礎前沿研究走在前列。吳清海說，特別是近年來，一些基礎性、前沿性計量科研成果不斷涌現，獲得國際承認的國家校准測量能力躍升到全球第4位，中國計量科學研究院激光冷卻—銫原子噴泉鐘參與駕馭國際原子時，噪聲溫度計測量玻爾茲曼常數達到國際最好水平，量子化霍爾電阻等基准水平位居國際先進前列，為國際單位制變革做出了中國貢獻。

同時，中國計量科學研究院正在研制NIM6銫噴泉鐘, 預計2018年完成，屆時准確度會達到6000萬年不差一秒。

中國科技大學副校長潘建偉院士表示，希望用5到10年發射衛星、形成量子星座，與地面光纖形成全球量子通信網絡。關於量子技術與計量，他說，2014年，哈佛大學的教授提出“讓全球各地原子鐘實現量子糾纏，利用光波頻率實現信息傳輸”的設想，“雖然這還是初步的構想，但一旦實現了，將可以驗証包括廣義相對論在內的物理學基本理論，也可以進行暗物質探測等前沿研究。”

“中國計量基礎研究在部分領域已達到國際最好水平，我們非常期待雙方開展更多合作。”烏爾裡奇表示。（記者操秀英）