“地面基准和可移动锶原子光钟研制”是基础研究领域的前沿课题。

高精度时间频率的获得与应用关乎国家安全、科技进步和社会发展——导航定位、航空航天、基础研究、测试计量、信息传递、电力输配、交通运输、经济金融、物联网等国计民生的诸多领域都需要高精度时间频率提供支撑和保障。原子钟是世界上目前精度最高的时间频率获得和测量工具。原子钟作为高精度时频核心技术装备是强大国防力量的可靠保障，在近年来的多次局部战争中都发挥了不可替代的作用——当前绝大多数精确制导武器都离不开高精度的时间测量。欧美长期在原子钟及相关技术领域对我国实行禁运和封锁，其研制必须自力更生。

本项目主要发现点如下：

（1）研制成功地面基准锶光钟，频率稳定度达到E-18量级

光晶格钟的大部分系统频移都是通过自比对技术进行测量，由于自比对过程需要在时域上交替运行两个相对独立的钟环，如果在两个钟环交替运行的过程中存在某些漂移，如磁场漂移、钟激光频率漂移和晶格光功率漂移等，那么两个交替运行的钟环就会受到这些漂移的影响而存在一个频差。提出并定量研究了由于钟激光频率漂移或者外场漂移导致的自比对测量误差，通过数值模拟与实验测量相结合的方式定量的研究了漂移速率与自比对测量误差的关系，利用实验测量的结果从自比对测量频差里面实时扣除钟激光频率漂移的影响，移除钟激光频率漂移导致的测量误差后将光晶格中自比对稳定度提升至9×10^-18@10⁵ s，为频移评估不确定度进入E-18量级奠定了良好的技术基础。（Chin.   Phys. B, 27, 023701(2018)，CHIN. PHYS. LETT., 35,   043203(2018)）

国家授时中心光钟的研制成功，为我国应对国际“秒”定义变更奠定了坚实的技术基础，确保我国时间基准安全可靠。

（2）针对国防需求研制出可移动光钟并评估其性能指标

可移动锶原子光钟的研制中，通过紧凑的设计使真空系统的体积缩小到90cm×20cm×42cm，所有光学子系统都集成在独立的光学面板上，实现了集成化和模块化。光学系统与真空系统之间通过光纤链接，提高了系统的便携性。除了电子设备，整个可移动锶光钟装置的尺寸小于0.65m³。实验上采用分时自比对方法对系统的频率稳定度进行了评估，结果表明分时自比对的频率稳定度为3.6×10^-15/τ^1/2。系统总的相对频移修正量为58.8×10^-16，不确定度为2.3×10^-16。可移动光钟的研制成功并进行了详细的性能评估，为光钟的实际应用奠定了良好的基础。（Chin.   Phys. B, 29, 070602(2020)）

（3）提出并实现了双激发谱锶原子光钟,实现超越Dick极限的测量精度

光钟作为目前精度最高的原子钟，如何有效的提高其性能一直是人们关注的焦点。原创性地提出了利用一台一维光晶格钟进行同步频率测量的方法，发展出了在同一空间中独立地探测两团原子钟跃迁频率的双激发谱技术，该技术无需两台光钟，不需要建立难度极大且不稳定的三维光晶格也不需要具备超高分辨率的成像装置，因此该同步比对技术可用于可搬运光晶格钟或者空间光晶格钟，可大幅度提高它们的测量精度。这种将双激发谱应用于光晶格常规运行实现双激发谱锶原子光晶格钟。该运行模式可将钟反馈的周期减少一半，从而Dick效应的影响直接减小一半，将光钟的稳定度提高了至少1.4倍，大大缩短了光钟达到特定测量精度所需的时间。（Appl. Phys. Lett., 117, 231101（2020））

（4）基于锶原子光钟实验平台提出一种量子随机数产生方法

基于锶原子实验平台提出一种双熵源生成量子随机数的方法，实验中通过噪声调制系统将相干光光子数起伏转化为频率起伏并施加到泵浦光上，利用相散场中原子自发辐射的特性，直接探测荧光强度噪声起伏并从中提取量子随机信号。此外利用同一套实验装置还进行了并行产生量子随机数的研究，并对输出随机序列的自关联性、互关联性作了分析。实验结果可在利用Monte Carlo方法对原子钟相关物理机制进行模拟的过程中得到应用。（Opt. Lett. 45, 304-307 (2020)）

最后，本项目的研究成果还包括：发表相关学术论文44篇，其中SCI收录28篇，EI收录9篇。本项目5篇代表性论文在Web of Science上被引用49次，其中他引为24次。重要国际国内学术会议邀请报告多次。毕业博士6人、毕业硕士12人。项目团队成员1人入选陕西省中青年科技创新领军人才、2人入选陕西省青年科技新星。