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西方电磁干扰威胁与中国新型核光钟的前景

在开放空间打羽毛球时,没风时可以准确击球,但一旦遇上强烈的电磁干扰,就如同在十级大风中打球,导航系统会受到影响,失去准确性。现代国家间的竞争,核心并不是航母和导弹,而是高精度的计时设备。无论是洲际导弹的航向修正,还是隐形战机的团队协作,甚至深海潜艇的潜航,都需要依赖精确的时间来定位,谁掌握了这个时间,谁就能在战场上占据主动。

西方早已掌握了利用电磁干扰的策略,通过强大的电磁干扰来干扰对方的导航系统,使高科技武器失去作用。中国科学家则不满于在传统规则内竞争,选择了全新的思路。在2023年10月7日,清华大学与北京量子信息科学研究院团队首次成功实现了核光钟的稳定运行,相关成果发表在国际知名期刊上。这种核光钟的稳定性远超同期的欧洲研究成果,提升接近十倍。

核光钟之所以能够抗干扰,是因为传统原子钟和光钟主要依据的是外层电子的跃迁频率,受到电磁干扰影响较大。若想完全避免干扰,需要从物理本质上转变思路,将时间测量基于原子核内部。原子核外被电子云包裹,这层屏障使得电磁场无法干扰原子核,从而使核光钟对电磁干扰的敏感度大幅降低。 龙8头号玩家

为何西方在这一领域耗时半个世纪却未能取得成功?大多数原子核需要几百万电子伏的能量才能促使内部跃迁,只有在粒子对撞机中才能提供。钍-229是一个特殊案例,其内部跃迁所需能量仅为8.35电子伏特,适合用现代激光直接激发,像是一种“天选之子”。然而,西方在上世纪90年代误判了钍-229的跃迁能量,导致几十个实验室探究无果。

直到2007年数据被修正,真实能量被确认,然而在148纳米的真空紫外波段,空气中的氧气会迅速吸收光线,常规技术无法应用。西方顶尖团队聚焦于这一点,却始终无法突破。而在时钟领域,真正可用的设备需符合“开环观测”和“闭环运行”两个标准。清华团队在四年时间内成功解决了多个技术难题,最终将核光钟运转起来。

核光钟的实现将影响多个领域,尤其是核潜艇的深海潜行,传统导航系统在深海环境中存在误差问题,而核光钟则能在长时间潜伏中仍保持精确定位。相比之下,面对电磁干扰,中国的新型核光钟从物理层面上消除了脆弱性,取得了主动权。 龙8头号玩家

随着科技的进步,未来可能用核光钟重新定义国际标准的“秒”。当前最先进的精度约为10的负18次方,核光钟理论精度可达10的负19至10的负20次方。国际权威机构已经计划在2030年后重新定义时间单位,而中国团队的先进技术使其在量子计量领域占据了领先地位。此外,核光钟还可以用于地质变化探测,根据广义相对论,重力影响时间流逝,提高精确性将使其不仅仅是一个时钟,更能用于地质勘探和灾害预警。

在大国竞争的下半场,关键不再是精细化地执行旧有规则,而是能够运用前沿物理学发现开创新的赛道。西方研究者依然纠结于旧有时间计量的改进,而中国科学家已经迈出了全新的步伐。