客觀日本

小型化和高精度安裝,使光晶格鍾成爲未來的基礎設施

2021年11月16日 資訊通訊

「光晶格鍾」一種即使運行300億年也只會產生1秒誤差的時脈。開發光晶格鐘的東京大學教授香取秀俊被譽爲最接近諾貝爾物理可用能學獎的研究人員之一,他於2021年獲得了被視爲諾貝爾獎風向標的「突破獎」。目前,「利用雲光晶格鍾構建空間時間資訊基礎建設」專案正在推進與產業界的合作,爲使其能夠成爲未來社會的「時間基礎設施」,正在設法等比縮小光晶格鐘的尺寸並提高其精度。

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在東京晴空塔做實驗的情景

光晶格鍾透過將原子封閉在由雷射產生的大量光晶格中並向其照射其他光來測量振動。因具有極高的精度,它是決定「秒」的新定義的最有力候選,並有可能會在2030年前後取代目前的銫原子鐘。

研究團隊於2018年10月開始在東京晴空塔實施實驗,驗證愛因斯坦相對論是否正確。香取教授與島津製作所共同將原來有房間大小的光晶格鍾等比縮小至可以收納在19立方英寸空間中的尺寸,並搬上了晴空塔上。比較分別設置在底層和觀景臺上的2臺光晶格鐘的運行情況發現,觀景臺上的光晶格鍾每天會快4奈秒(奈秒爲10億分之1秒)。這種差異是由愛因斯坦博士一個多世紀前就提出的重力造成空間時間扭曲所引起的。此前只在太空實驗中驗證過,而「此次在現實社會中也驗證了相對論的成立」(香取教授)。

基於全球定位系統(GPS)的位置資訊迅速推動了數位社會的隊形變換。同樣,在世界各地設置光晶格鍾可以監測地殼運動和火山活動以及觀測太空等,能實施將時脈用於時間以外的測量用途的「時間基礎設施」。

專案概要
名稱 利用雲光晶格鍾構建空間時間資訊基礎建設
内容 推進光晶格鐘的網路構建和社會應用
時間 2018年11月~2028年3月
預算 每年約3.5億日元
參與機構 東京大學、理化學研究所、NTT、島津製作所等

研究團隊計劃2年後利用光纖連接設置在首都圈内的東京大學、理化學研究所和NTT的各個基地以及在東日本大地面震動中發生地面沉降的巖手縣奧州市的光晶格鍾,由此可以觀測地面每年隆起2~3釐米的具體情況。研究人員將嘗試「利用時脈觀察」地球的動態變化。

香取教授表示:「量子論隨着電子學的隊形變換已經滲透到我們的日常生活中。同樣,相對論進入現實社會的時代也一定會到來」。對時間的研究需要漫長的時間。香取教授表示,將着眼未來,挑戰「時間的創新」。

日文:矢野壽彥、編輯委員,《日本經濟新聞》,2021/11/08
中文:JST客觀日本編輯部