2600亿年，比整个宇宙年龄还要长近20倍，然而有一台时钟，精度高到在如此之长的时间中运行出现的误差也不会超过一秒，这台时钟就是由新加坡国立大学量子技术中心研发的镥离子光钟。

很多人会疑惑，把时间测到这么极致，到底有什么现实意义？这台超级时钟不只是实验室里炫技的仪器，依靠爱因斯坦广义相对论，它可以感知引力场微弱变化，分辨出不同海拔高度带来的时间快慢差异，让“用时钟测海拔”从理论设想变成现实。

什么是镥原子钟，为什么它能做到如此极致的精度

我们日常使用的传统铯原子钟，依靠微波频段原子跃迁计时，也是现在国际上“秒”定义的基准来源。而这台新加坡镥原子钟属于光学原子钟，利用激光捕获单个镥离子，观测离子内部电子能级跃迁，用光频代替微波，振动频率高出数万倍，自然可以把时间切割得更加精细。

运行这么漫长的时间，误差还不到1秒，系统不确定度低至1.2×10⁻¹⁹，相关成果刊发于《自然》杂志，一举刷新全球光学原子钟的精度纪录。

时间之所以如此精确，是因为镥离子本身的物理特性是这次突破的关键，它不容易受到环境热辐射、杂散磁场干扰，减少了很多影响测量精度的噪声来源。

科研团队搭建两台独立镥钟，连续200小时交叉比对，验证了这套计时系统的稳定可靠，相比此前全球纪录保持者钙离子光钟，整体精度直接提升四倍。

广义相对论告诉我们，引力越强的地方，时间流逝速度越慢。哪怕只是几十厘米的高度差，两处的时间流速就存在极其微小的差别。普通钟表完全无法捕捉，但是达到10⁻¹⁹量级的光钟，可以感知这种不同引力空间导致的细微时差，得出不同高度的正确时间，反之也能通过不同的时间而换算出两点之间海拔差异。

这项能力未来可以用于监测地壳形变、板块微小抬升沉降，给地震监测、冰川消融、海平面变化研究提供全新观测手段，而不再单纯依靠传统测绘设备。

全球原子钟赛道群雄逐鹿，各国技术路线各有取舍

原子钟的竞争分为两条主线，一条是实验室极限精度比拼，另一条是工程化、小型化、上天落地的实用化能力。美国NIST是原子钟领域老牌强者，此前铝离子光钟做到5.5×10⁻¹⁹，长期引领光钟研究。

而日本东京大学团队深耕锶光晶格钟，很早就实现可移动光钟，实地验证相对论测高实验，在相对论大地测量领域积累深厚。

我国在原子钟领域同样处于世界第一梯队，多条技术路线并行推进。中科院精密测量院的钙离子光钟，系统不确定度达到4.4×10⁻¹⁹，是国内单离子光钟的顶尖成果。

还有中国科大锶原子光晶格钟也突破10⁻¹⁹量级，大约300亿年误差1秒；而目前我国的国家授时中心、中国计量院的锶光钟性能达到2×10⁻¹⁸量级，能满足下一代秒定义变更的技术门槛。

除此之外，我国已经实现星载氢原子钟国产化，搭载在北斗卫星上，使用中300万年误差不足1秒，支撑起全球卫星导航，这是很多国家只做实验室光钟、无法实现的工程落地能力。

单离子光钟（新加坡镥钟、国内钙离子钟）更容易拿到极高的系统准确度，但是信号弱，长时间连续稳定运行难度更大；锶光晶格钟使用大量中性原子，稳定度更强，更适合长时间守时，两种路线各有优劣。

新加坡这次是在单离子光钟极限精度上拿到新纪录，目前还属于是实验室数据，虽然这一技能领先，但工程化、长期连续运行、卫星搭载等方面，依旧还有很长的路要走。

这场精度竞赛，争夺的是未来“秒”的定义权

现在国际单位制里，“秒”依旧沿用铯微波原子钟的定义，国际计量局规划，计划在2030年前后，基于光钟重新定义“秒”。哪个国家的光钟技术足够成熟、有稳定的比对网络，就能在新一代时间基准制定上拥有更多话语权。

时间基准其实是所有现代科技的底层根基，卫星导航、深空探测、基础物理常数检验、暗物质探测，全部建立在精准时间测量之上。

很多人容易陷入一个误区，认为单次实验室极限指标就是全部实力。极限精度是实验室短时间内测出的最优结果，而真正的时间基准，需要设备常年不间断稳定运行，并且能够跨国家、跨远距离进行时钟比对。未来的竞争，不只是追求小数点后更多位的精度，还要解决光钟小型化、抗干扰、长期稳定运行的难题。

新加坡镥钟刷新纪录，代表人类对时间测量的边界再一次拓展，而中国多条技术路线同步发力，在极限科研和工程应用两条赛道持续推进，也将在下一代全球时间标准的制定中，持续贡献中国的测量方案。

消息来源：人民网9月26日报道《迄今最精确时钟研制成功》
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