韩国KRISS借助光子光栅芯片重测锶原子461 nm跃迁频率，不确定度降低50倍以上

韩国标准科学研究院（KRISS）使用光子光栅芯片，88年来首次（自1938年以来）重新测量了锶（Sr）原子的一个关键跃迁频率。该研究确立了一个新的绝对频率值，测量不确定度降低了50倍以上。通过为下一代量子技术提供精确的参考值，这一成果有望促进原子钟和中性原子量子计算机等量子器件的精确控制和小型化。相关工作已发表在《Metrologia》期刊上。

锶是一种广泛应用于光晶格钟和量子传感器等精密量子技术的原子。要在这些技术中使用锶，必须用精确调谐的激光减慢并捕获快速运动的原子。这就需要知道原子跃迁所需激光光的精确共振频率。

然而，此前的频率值是1938年通过比较太阳光谱与锶弧光获得的，其不确定度对于当今精确的激光频率设定来说过大。因此，研究人员不得不直接观察原子的响应，并根据需要调整激光频率，就像转动模拟收音机的旋钮来调谐电台一样。

随着光的频率控制和测量技术的进步以及量子器件小型化的推进，对精确绝对频率值的需求日益增长。为此，研究团队测量了锶原子461纳米（nm）光学跃迁的绝对频率。经过长达一年的精密测量，不确定度降低到约5兆赫（MHz），比此前的数值改善了50倍以上。

这项测量建立了与韩国标准时间的国家时间与频率标准的溯源性，该标准由韩国标准科学研究院（KRISS）建立并维护。由于该标准与国际单位制（SI）相连，无论实验室或设备环境有何差异，测量结果都可以在世界任何地方与同一参考进行可靠比较。

提升测量稳定性的关键器件是“光子光栅芯片”，由KRISS与韩国科学技术院和国家纳米制造中心联合开发。芯片表面的精细光栅结构安装在真空内部，可按设定方向衍射和反射光线，与需要对准多个外部反射镜的传统方法相比，可减少机械振动引起的测量误差。此外，单个芯片可产生多个方向的激光束，从而简化光学装置。

在减少了与设备相关的测量误差后，研究人员随后采用基于不同原理的两种方法独立确定了跃迁频率，验证了结果的可靠性。一种方法分析原子对光的响应如何随激光频率变化，另一种方法则从被激光减速的原子束的速度分布中推导出跃迁频率。

两种方法获得的数值在误差范围内一致，最终值是根据国际指南，考虑每个结果的不确定度后计算得出的。

新建立的绝对频率值可作为参考，用于在锶基光晶格钟、量子传感器和中性原子量子计算机中精确冷却、捕获和控制原子。结合目前正在开发的光频合成技术，它使下一代量子设备不再依赖笨重的外部原子频率参考。这些技术有望加速基于冷原子的量子设备的小型化和商业化。

KRISS原子量子传感组首席研究科学家Jae Hoon Lee博士表示：“我认为这项研究的主要意义不在于我们仅仅重新测量了一个频率值，而在于我们主动为下一代量子技术提供了精确的测量参考点。

"作为国家计量院（NMI），KRISS 将继续引领量子科学与技术所需新测量领域的标准制定。"

出版详情

Jaewhan Lee 等，锶 ¹S₀ → ¹P₁ 跃迁频率测量（借助光子光栅芯片），Metrologia（2026）。DOI: 10.1088/1681-7575/ae8bb5

这篇报道背后是谁？

Lisa Lock

艺术史学士，物质文化硕士。曾任博物馆编辑、急救人员和移植协调员。自2021年起为Science X编辑。 完整简介 →

Andrew Zinin

物理学硕士，具有研究经验。长期的科学新闻爱好者。在 Science X 的编辑成功中发挥关键作用。 完整简介 →

引用： 科学家重新测定关键锶频率，精度提高 50 倍，助力量子技术（2026 年 10 月 19 日） 检索于 2026 年 10 月 19 日 来自 https://phys.org/news/2026-10-scientists-redetermine-key-strontium-frequency.html

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