中国科学家研制成功核光钟：量子精密测量首次深入原子核尺度

背景：把“钟摆”放进原子核内部

原子钟是利用原子内部的电子在特定能级间跃迁作为频率基准的计时工具，是目前世界上最准确的时间测量工具，好像“听电子的节拍”来计时。而核光钟则更进一步：把“钟摆”放进原子核内部，利用原子核不同能级间的跃迁来计量时间，相当于“听原子核内部的节拍”。

核光钟的实现原理，是利用激光精确驱动一种特殊放射性同位素“钍-229”，实现其原子核内部的能级跃迁，并以这一核跃迁的频率作为基准进行计时。与电子跃迁相比，核跃迁有望提供比原子钟更高精度、更实用的时间频率基准。

关键突破：自主光源与掺钍晶体

据新华社北京电（记者魏梦佳）报道，中国科学家利用自主研制的148纳米连续波真空紫外激光以及掺钍-229氟化钙晶体，在国际上率先研制出核光钟并实现其稳定运行，将量子精密测量由电子跃迁拓展至原子核跃迁。该成果日前在线发表于《自然》。

清华大学物理系副教授、北京量子信息科学研究院兼聘研究员丁世谦带领研究团队，在国际上首次研制出148纳米连续波真空紫外激光，解决了精确驱动钍-229原子核内部能级跃迁的核心光源难题；同时与合作团队共同研制出微量钍-229掺杂氟化钙晶体，为核光钟研制奠定了核心技术基础。

这两项关键技术缺一不可：

• 核心光源：148纳米连续波真空紫外激光，是精确驱动原子核内部能级跃迁的关键；
• 工作介质：微量钍-229掺杂氟化钙晶体，把极微量的钍-229嵌入固态基质，为核跃迁提供稳定载体。

意义与前景：量子操控深入到原子核尺度

清华大学物理系主任、杨振宁高等研究院教授翟荟表示：“核光钟的研制成功及稳定运行意味着量子操控的能力深入到原子核尺度，为量子精密测量和量子操控开辟新的研究方向。”

从技术路线看，这一成果把量子精密测量的基准从原子外围的电子跃迁，推进到了原子核内部的核跃迁，本身就是一次尺度上的跨越。量子操控与量子测量长期在电子能级层面展开，而核跃迁的驱动与读取难度更高，此次实现稳定运行，说明相关激光技术、晶体材料与操控手段已经形成配套能力。

从应用角度看，固态核光钟具有潜在的小型化和工程化优势。未来有望为卫星导航、深空探测等场景中的高精度时间频率需求提供实用的技术选择——在星载环境中，更高精度的时间基准意味着更可靠的定位与更精确的测距能力，这也是核光钟被航天与卫星领域关注的重要原因。目前该成果仍处于实验室验证阶段，从稳定运行走向工程化与在轨应用，还需持续的技术迭代与验证。