3月20日，大地所邀请北京量子信息科学研究院杨仁福研究员做学术交流，主题为：量子导航技术。

杨仁福研究员简要介绍了北京量子信息科学院的科研队伍构成和2017年成立以来他领导的原子系统精密测量团队的课题概况。原子系统精密测量团队研制出了芯片原子钟、原子天线、原子磁力仪、量子电流测量仪和共聚焦量子扫描显微镜等量子传感器。他的学术报告主要围绕着卫星导航、量子导航、原子钟、原子陀螺仪、原子磁力计等内容展开。

在报告中，杨仁福指出：量子精密测量或量子传感就是通过操控一定的量子系统（原子、离子、电子、光子或各种准粒子），利用能级跃迁、相干叠加、量子纠缠等量子特性，突破经典探测手段的瓶颈，实现测量准确度、灵敏度和稳定性的数量级提升。

针对卫星导航的脆弱性和局限性，杨仁福认为可以通过量子时钟、量子惯性测量单元、量子重力/磁力计等量子传感器件，为卫星导航、惯性导航、环境信号定位等系统提供超高灵敏度测量能力。用上述量子传感器件，可以提升授时精度、抑制惯导误差积累、进行辅助拒止环境定位。

杨仁福研究员指出：将来，面向无人机、自动驾驶汽车和水下机器人等应用需求，可以原子陀螺仪、半球谐振陀螺仪、芯片原子钟和微型加速度计为主要单元技术，开展MPNT微系统技术总体设计，实现不依赖卫星的自主导航技术（量子导航）微型终端的总体目标。

由于关键技术和器件的发展不平衡，相关科学和技术的诸多问题还有待于进一步的研究；量子导航的应用验证也需要不断进行。

**********   背 景 材 料  **********

有关资料表明，近六十年以来，原子钟和光钟发展概况如下：

   原子钟发展

1960s-1970s：铯原子钟成为主流，1967年国际计量大会以铯-133原子基态超精细结构跃迁定义“秒”，铯束钟精度达10⁻¹⁵量级。

1980s-1990s：激光冷却技术兴起，铯喷泉钟出现，通过慢速原子减少多普勒频移，精度提升至10⁻¹⁶量级。

2000s至今：氢原子钟、铷原子钟等小型化发展，芯片级原子钟（如CPT原子钟）出现，实现低功耗、微型化，应用于卫星导航、通信等领域。

   光钟发展

1975s-1990s：光钟概念提出，需解决原子囚禁、激光稳频等技术难题。1999年，NIST实现首台汞离子光钟，精度达10⁻¹⁷量级。

2000s-2010s：中性原子光钟（如锶、镱原子光钟）和离子光钟（如钙、铝离子光钟）快速发展，利用光晶格囚禁原子或离子，消除多普勒频移，精度进入10⁻¹⁸-10⁻¹⁹量级。

2020s至今：光钟成为高精度时间基准，用于检验基本物理常数、引力红移等研究，国际计量委员会将锶、镱等光钟跃迁频率列为“秒”的次级定义候选。

总体而言，原子钟从微波波段向光波段拓展，光钟凭借更高频率和精度成为未来时间基准的核心技术，两者共同推动时间计量进入更高精度时代。

原载【北京人卫激光国家野外观测研究站 公众号】【图文/编辑：籍利平；审核：秘金钟】