解码钍核光钟的 "滴答" 之音：中国科学家系统阐述钍核光学钟研究进展

中国科学院精密测量科学与技术创新研究院童昕团队与柳晓军团队近日在《国家科学评论》“量子信息进展”专题发表观点文章，系统梳理了钍核光学钟领域的技术脉络与突破性进展。

作为目前唯一可实现激光操控的原子核体系，钍-229的独特核跃迁特性为突破现有计时精度极限开辟了全新路径。

研究团队指出，钍核光学钟凭借原子核尺寸小、量子态间隔大、电子屏蔽效应强等优势，理论上可将时间频率标准的不确定度提升至10-19量级以上，有望成为下一代计时基准。

经过半个世纪的持续攻关，国际科研界已在钍核跃迁激光激发、真空紫外光梳技术等关键领域取得突破性进展，包括实现kHz级精度的核跃迁频率测量，以及通过掺杂晶体材料成功观测到核四极矩分裂现象。

然而，该领域发展仍面临多重技术挑战：高纯度钍-229同位素极度稀缺，全球可用量仅为克量级；148纳米窄线宽连续激光技术尚未突破；固态环境中核跃迁对温度波动的敏感性高达 10-6/K，需将晶体温度稳定度控制在5微开尔文以内；闭环操控系统的缺失也阻碍了钟跃迁的快速检测与调控。

"这些技术瓶颈的突破将催生计时领域的革命性变革。" 通讯作者童昕研究员强调，"钍核光学钟不仅能显著提升导航定位、量子通信等应用的精度，更将为检验精细结构常数变化、探索暗物质等基础物理研究提供全新探针。"