目标：1000亿年不差1秒

“你的秒要搞这么精确干什么？”潘建伟院士用了一个通俗易懂的比喻：“你的时间精度提高1000倍，通讯容量就提高1000倍。”

2025年10月23日晚，在某高校举行的一场量子力学科普讲座上，潘院士简要介绍了量子力学基本原理、我国量子科技科研工作现状、成果与挑战。

目前，量子科学在工程上有三大应用领域：量子计算、量子加密通讯、量子计量测量。

持续受到美国网络攻击的中国国家授时中心长期开展守时原子钟、星载原子钟、铯原子喷泉钟和锶原子光钟等多种类原子频率标准的研制工作。①

有关部门近期公布了国家授时中心长期持续遭到美国有组织网络攻击的案情。

我国自主研发的空间光钟物理系统，拥有完整自主知识产权，达到世界先进水平，其稳定度已达到E-19量级。（Here we report time–frequency dissemination with an offset of 6.3 × 10−20 ± 3.4 × 10−19 and an instability of less than 4 × 10−19 at 10,000 s through a free-space link of 113 km. ）②

在中国空间站进行试验的锶原子光钟原型。

光钟本身已经达到人类目前对于精准、稳定时间/频率的极高需求，但是，这一技术得到应用还需要有一个中间环节——传递、分发。最高基准需要传输和下发的环节和过程才能具体应用，这一过程将产生额外的传递干扰和误差。依靠传统微波技术路径，1000到10000倍的误差都发生在传输过程中，先进最高时频基准的进步和优势根本发挥不出来。潘建伟团队基于量子纠缠原理和量子通讯技术探索并实现了与最高水平光钟匹配的，天地一体时频标准传递分发系统。③

我国自主研发的原子钟/光钟已经达到世界最先进水平。

微观时间是这样精准，宏观时间更显宝贵，潘院士发言限于篇幅，有很多具体说明来不及完全展开。他这里只提到了通讯领域频率（时间的倒数）资源的作用。

实际上，科技研发与工程应用对于时间/频率标准具有严苛而极端的要求：长期稳定性，亿万年（相对）不变，沧海桑田累计误差也不高；高分辨率/精度，1皮秒（10的12次分之一秒）、1飞秒（10的15次分之一秒）都要分得清清楚楚；累计误差不能高（符合高斯分布规律），短期稳定性也要很高，数值的均方差也要极低极低极低，最好比分辨率再低四到五个数量级以上。

高能物理研究、星际航行、全球定位系统都需要依赖高精度的时间频率标准体系。

基于这些基础技术的下游应用技术和产品，自然就更不必说。

可以说，谁定义了“秒”，谁就定义了未来文明的尺度和速度。

2026年，国际计量组织计划重新讨论“秒”的定义。中国时间体系能否成为世界新标准，我们拭目以待。④

在讲座现场，潘建伟院士以中国古人的传统计量观测技术作为开篇。

地球往事

（多年前……某大学哲学系科学哲学研究室……）

“狭义相对论究竟有什么实际作用，它仅仅只是一种理论模型吗？”，在研究生科学哲学讨论课上，我对教授这门课的徐毅毅老师提出了这样的问题。

“这是一个好问题！以前，人类能够达到或观测到的速度与光速相比足够小，这一点差别影响不了什么。”

“但是？”

“但是，现在人类已经开始探索微观量子世界，并进入太空，宇航器达到甚至超过第一、第二宇宙速度，而我们对精度的要求也越来越高。这里让我举一个例子，GPS导航系统（当时还没有北斗）如果在计算中没有考虑到狭义相对论的理论和相关公式，计算结果将产生足够大的误差，误差大到足以被用户所察觉，更不要说朝着太阳系其他星体飞行的宇航器和更精密的理论物理实验。”

“一个100年前的前沿物理理论这样与我们今天普通的日常生活产生联系。”

“这的确是一个生动的例子，即使爱因斯坦当时也没有想到，它自己的理论激发出今天如此多的相关技术应用。”

引用注释

①频标室：《中国科学院国家授时中心首次实现空间站碱土金属原子激光冷却——开启精准时间测量新征程》（2025年4月30日），中国科学院国家授时中心网站，https://ntsc.cas.cn/xwzx_/yw/202504/t20250430_7640676.html，最后浏览日期：2025年10月27日。

②笔者在现场听到潘建伟院士提出这样的目标，误差从目前的100—200亿年一秒以内提高到1000亿年一秒以内。公开发表可参见潘建伟团队发表在《自然》杂志上的相关论文“Free-Space Dissemination of Time and Frequency with 10−19 Instability over 113 km”, Nature, 2022, 610, p.661.

③同上。

④原载《长江日报》：《105亿年偏差不到1秒，中国首次！》（2022年6月22日），人民日报客户端，https://www.peopleapp.com/column/30038569402-500003579855，最后浏览日期：2025年10月27日。