중국 과학 기술 대학의 Pan Jianwei, Chen Yuao, Dai Hanning 등으로 구성된 연구팀은 5×10보다 나은 10,000초 안정성과 불확실성을 개발하는 데 성공했습니다.-18(1초 미만의 오차로 수십억 년에 해당) 스트론튬 원자 광학 격자 시계. 공개된 데이터에 따르면, 이 시스템은 국내 최고의 종합 지표를 갖춘 현재의 광시계일 뿐만 아니라 우리나라를 미국에 이어 위에서 언급한 종합 지표를 달성한 두 번째 국가로 만들었습니다.

이번 성과는 향후 장거리 광클럭 비교 구현, 초정밀 광주파수 표준 벤치마크 구축, 글로벌 광클럭 네트워크 구축을 위한 중요한 기술 기반을 마련한다. 해당 결과는 계측 분야 주요 국제학술지인 계측학(Metrology) 1월 12일자에 게재됐다.

현재 가장 발전된 광학 시계는 초를 정의하는 데 사용되는 국제적으로 사용되는 마이크로파 분수 시계보다 2배 이상 더 정확합니다. 제27차 국제도량형회의에서 '초의 미래를 재정의하다'라는 결의안이 통과된 것은 바로 양자정밀 측정기술의 발전을 바탕으로 한 것입니다. 2026년에 국제 단위계(SI) "초"를 재정의하기 위해 광학 시계를 사용하기 위한 구체적인 경로를 제안하고 2030년에 최종 결정을 내릴 예정입니다. 광학 시계를 기반으로 한 차세대 2차 정의를 촉진하려면 2×10보다 나은 광학 시계 불확실성을 가져야 하는 최소 3개의 서로 다른 실험실이 필요합니다.-18, 광 링크 또는 모바일 광 시계를 통해 5×10보다 더 나은 성능을 달성합니다.-18 주파수 비교 정확도.


그림 1 USTC의 Sr1 및 Sr2 광시계의 비동기 비교 동작 및 안정성 성능

연구팀은 최근 몇 년 동안 광학 격자를 기반으로 한 극저온 원자의 양자 시뮬레이션에서 유익한 작업을 수행했으며, 네이처(Nature)와 사이언스(Science)에 9편의 논문을 발표하여 고정밀 광학 격자 시계 개발에 필요한 기술적 기반을 마련했습니다. 이번 연구에서 연구팀은 스트론튬 원자(87Sr) 레이저 냉각 및 긴 수명의 1차원 광학 격자에서 이를 제한하며, 초안정 공동에 사전 고정된 초안정 레이저를 사용하여 스트론튬 원자의 클록 상태 전이를 탐색하고 광 클록의 폐쇄 루프 작동을 달성합니다. 두 개의 독립적인 스트론튬 원자광격격자시계 세트(Sr1 및 Sr2)를 통해 주파수 비교 측정을 수행한 결과 단일 세트의 광시계의 안정성이 10,000초의 통합 시간에 4×10에 도달하는 것으로 나타났습니다.-18, 47000초에 2.1×10에 도달-18, 전체적으로 5.4×10에 도달-16/sqrt(τ), τ는 적분 측정 시간입니다. 이를 토대로 연구팀도 Sr1 광시계의 시스템 주파수 편이 인자에 대한 항목별 평가를 실시한 결과, 최종적으로 4.4×10 시스템 불확도를 얻었다.-18은 72억년에 해당하며 1초만 어긋납니다. 위의 성능 지표는 광학 시계 시스템이 "초" 재정의 요구 사항을 부분적으로 충족했음을 나타냅니다.

이번 연구를 통해 우리나라의 원자광주파수 표준의 성능지표가 향상되었습니다. Pan Jianwei, Zhang Qiang, Jiang Haifeng, Peng Chengzhi 등의 이전 업적과 결합하여 10,000초의 안정성은 4×10보다 우수합니다.-100km의 자유 공간에서 -19의 고정밀 시간 및 주파수 전송 [Nature610,661(2022)], 장거리 광시계 비교(Sr/Yb, Sr/Ca 등) 구축+)는 탄탄한 기반을 마련했으며 미래에 차세대 글로벌 시간 벤치마크를 구축하고 중력파 탐지 및 암흑 물질 검색을 위한 새로운 방법을 제공하는 데 큰 가치가 있습니다.

이 연구 작업은 안후이성 과학기술부, 상하이 자치제, 중국 자연과학재단, 중국과학원, 뉴코너스톤과학재단의 자금 지원을 받았습니다.

논문 링크:

https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1681-7575/ad1a4c