日本国立先进工业科学技术研究院（AIST）与横滨国立大学合作的一项成果，即利用光晶格钟生成高准确度时标，这一成果在与世界协调时（UTC）的同步精度方面达到很高水平，可能会对重新定义秒产生积极影响。同时也会阐述当前秒定义面临的变革需求以及背后的相关技术背景等。
要点
光晶格钟在高运行时间下有效抑制了氢磁栅原子钟的频率波动。它与协调世界时的同步准确度长期保持在±1ns（十亿分之一秒）以内，这有助于加快重新定义秒的审议工作。
此图为使用光晶格钟生成当前国家时频标准UTC（NMIJ）（上）和未来国家时频标准UTC（NMIJ）（下）的概念图。
背景简介
当下，秒是由与铯原子发生共振的微波频率（约9.2千兆赫）定义的，其准确度为15至16个数量级（每3千万年至3亿年仅偏差1秒）。光钟（如光晶格钟和光离子钟）的频率高于微波频率（400 - 500太赫兹），有望将时间准确度再提高1至2个数量级，被视为重新定义秒的候选者。但重新定义秒面临诸多挑战，例如要确保新定义使用光学频率时，在更长时间内比目前基于微波频率的定义更准确、稳健，且能保证与现有秒定义的连续性。重新定义“秒”的条件之一是在光钟基础上，调整可持续运行的氢原子钟频率，以产生高度准确和稳定的时标。
氢磁栅原子钟的频率是逐渐变化的，需要定期调整。当前时标是根据卫星链路远程比对与世界协调时的时差，手动调整氢磁栅原子钟的频率生成的。利用光钟调整氢磁栅原子钟的频率有望产生更高准确度的时标，所以很多国家在开展将光钟纳入时标的研究。然而，光钟很复杂，需人工微调，许多研究机构只能在较低频率运行，所以在光钟关闭期间难以完全抑制氢磁栅原子钟的频率波动。
概要
日本国立先进工业科学技术研究院（AIST）的研究人员与横滨国立大学的研究人员合作，利用光晶格钟成功生成可持续稳定运行230天的高准确度时标。如今，人们在讨论重新定义秒，想将光钟获得的光学频率作为标准。重新定义“秒”后预计会建立更精细的“时标”，为社会提供更准确的时间和频率。不过，重新定义“秒”还有很多问题，像确保新定义的准确度，新定义相比现有定义能长期稳定实现秒等。在光钟基础上调整原子钟频率生成高准确度且稳定的时标，是重新定义秒希望满足的条件之一，所以很多国家在做相关研究。AIST之前通过手动调整氢磁栅原子钟（一种可连续运行的原子钟）的频率来生成时标，若使用光晶格钟有望生成更准确的时标，但光晶格钟正常运行时间短时，难以准确调整原子钟频率。
研究人员利用之前光晶格钟（成功实现高运行时间）的数据，在后处理分析中调整氢磁栅原子钟的频率，生成基于光晶格钟的时标。在230天内，这个时标达到世界最高水平的同步准确度，与世界协调时（UTC）的同步精度在±1 ns（十亿分之一秒）之内。这一成果有望加快重新定义秒的审议工作。这项技术的详细信息于美国东部时间2024年6月7日发表在《物理应用评论》（Physical Review Applied ）杂志上。
日本相关研究人员利用光晶格钟生成高准确度时标的成果，阐述了当前秒定义的情况、面临的变革需求以及背后的技术挑战等。光晶格钟在稳定运行230天的情况下，时标与世界协调时的同步精度达到很高水平，这一成果对重新定义秒的审议工作有着积极的推动意义。
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