十几年前，当数位政策科学家聚首考虑邃密衡量物理学科进展走向时，我预判华夏会一步步减少和国际优秀水准的差距，有全日会走在国际前沿，甚至引领转机。全部人没揣测的是，这成天来得如此之速，固然也没料想“卡脖子”同样来得很速。

　　当下，全国矜重历百年未有之大变局，科研碰着也爆发了弘大蜕变。所幸十几年前，在国家自然科学基金等的赞助下，大家国构造了一批前瞻性、引领性的根本会商。

　　在国家自然科学基金弘大商议安顿——“精华丈量物理”项目镇定补助下，所有人国不单在出色测量范畴取得了多项“寰宇最好”“精度最高”的奏效，凝集、扶直了一支队伍，大大加强了在该限制的国际话语权和角逐力，还辐射启发了关系学科发展。

　　“算是对大家10年‘打工’的筹划吧。”道及“精湛丈量物理”浸大计划安插的商洽效力对相合学科的引领动员用意，中原科学院院士，华中科技大学、中山大学教学罗俊的语调中透实在现“小计划”的简单。

　　骨子上，这项超前结构的商量铺排仅酝酿策划就用了5年时期。以后在研10年，“聚部队、聚灵动、聚要点、聚资源、聚粉碎”，项目效力一切进步预期计划。

　　“十几年前，国家自然科学基金援助一批科研人员希望出色丈量物理磋商实在很有开垦性。”罗俊公告《中原科学报》，“这项商议安置固然美满结题了，但精采衡量永无终点，诚心诚意是无穷的寻求。”

　　2008年7月，第327次香山科学会议（创马上点及会址在北京香山）例外在位于湖北省武汉市的华中科技大学召开。7位院士、50余位物理学家相聚喻家山，参预为期3天的“精良测量物理和步伐”中心争论会。

　　“在香山科学会议之前，叶老师（中原科学院院士叶朝辉）和几位大家动想提出进展‘精巧衡量物理’讨论，是原故我们们碰到了少许题目。”罗俊庆贺路，“当时全部人国良多学科面临若何向前沿延长的逆境。一个严厉的现实是，他的科研仪器根底全靠进口。别人临盆的仪器卖给我们之前，实验室里该做的咨议都做告终，你一向跟在后背做，这样很难触及科学最前沿。”

　　没有自身的仪器，跻身前沿都很难，更别谈赶上引领。科研仪器云云要紧，但题目是，这种尖端的科研仪器全部人来研制？在此背景下，叶朝辉等人提出了“精深测量物理”的概想。

　　“大家此刻对‘精细测量物理’有很多企望，给与它良多内涵。但那时的出发点和最根基的主意就是做出一套起首进的仪器给科学家用。”罗俊道，“要进步学科最前沿，验证物理学家的设施，举办尝试磋商，一定有本身的仪器设备。”

　　香山科学聚会后，叶朝辉、罗俊等人在国家自然科学基金布施下，开头慰勉庞杂磋议摆设立项，在数理科学部的主理下，组织双清论坛举行论证。

　　按照该强大计议安顿起初的假想，洽商目的分为三部分。一是出色衡量用具仪器研制，以工夫频率测量为代表，将光频这些和国际水平差距较大且非常根本的衡量仪器“做上去”；二是在更高精度上衡量物理根本常数并查验物理基础礼貌，这是精致丈量物理的难点和重心；三是计议精华衡量新体系，希望新步伐和新技艺，不停粉碎测量极限，搜罗冲破样板量子极限等。骨子上，在该宏大计议安插实行的10年中，全部人不但完备告终了三大目标，还常常博得打破性转机，博得多项“寰宇最好”“精度最高”的成果。

　　“这项高大商讨计划的特质之一是启发了全部华夏精美丈量物理学科的进步。”华夏科学院精良衡量科学与功夫维新磋议院商酌员詹明生叙，“也启发了其他少许项目，辐射和伸长到了相干范围，例如陶染了中国科学院的先导科技专项，启发基于原子分子的物理研究向精巧丈量物理伸长。”

　　中原科学院国家授时中央计划员张首刚感觉，该巨大讨论安排的趣味在于10年前就有了真实谋略，把精密丈量这项前沿基础商讨和国家战术需求相联络，从而做出一系列偏向性、引领性的交涉事务。

　　“经由国家自然科学基金项目牵引，这些年全部人国灵巧丈量物理磋商队伍向来巨大，并从底子商量向前沿底子商议鼓动。”张首刚谈，“我们不只超额完结了该巨大计议陈设的各项指标，还发生了原创性的念法，获得一批‘国际初次’级的奏效，并在个人局限遇上国际。”

　　“量子精华测量是精密测量物理的一个前沿对象，许多空洞暗记丈量，比如引力波探测、量子操控、原子分子和光物理等研究都离不开精湛测量。”上海交通大学谈授张卫平弥补途，“这个项目将所有人的学术生涯和国家政策需求完竣对接起来，他们们感想最大收获之一是凝聚并造就了一支队列。”

　　清华大学传授尤力同样感觉，这是个目光如电的切磋安排。“往时四五年，国际科研处境发生了巨变，发现了更多的不信任性。大家一定科学上自立、工夫上寡少。好在我们举行了预研，开办了这么一支步队。”

　　工致测量物理对测试条目哀求极高，数千米外的震动、电流震荡、地球磁场，乃至空气温湿度都会教诲测量精度。为防止外界扰动，30多年前，罗俊等人就将尝试室筑在位于喻家山的一个山洞里。

　　在罗俊团队的引力常数衡量举行到紧要时刻时，场合政府按准备规划在喻家山下建一条道。

　　“修途会激励两个题目：一是山体镇静性爆发改动，这些眇小变动会导致测试境遇不太平；二是修路经历中及修好后，车辆源委发作的波动会感化测量精度。”

　　领会到罗俊的担心，华中科技大学和武汉市都异常布施尝试磋商。末了，武汉市医疗路途筹办，松手了路路筑理。

　　获利于寂然的尝试碰着，罗俊团队测出了天下上测量精度最高的G值（引力常数）。至今，该数值仍连结着寰宇第一的记载。

　　“邃密测量物理要测的通常唾骂常小的数值，它无尽趋近于‘0’，但永远不会到达‘0’。比如，你们们实行粒子、量子、多粒子纠纷等前沿会商，配景添补（抵消遭遇磁场的教学）做得越好，测量究竟就越准。”尤力感叹地叙，“所有人测一个量，总进步向小数点后再多推一位，但结尾要推到什么场地、推到什么水平，没有人清爽。所以精良丈量物理没有尽头，需要永恒争持，也必要永恒拯救。”

　　“精深丈量的心里是永无尽头。”罗俊谈，“精美永无止境。这种无限精彩、不断改进的特质提升了精湛丈量物理商量者不停提高精度、向来开垦新工夫，离间新极限的信仰。”

　　“你们常说十年磨一剑，从事灵巧衡量物理会商真的须要久远积聚。”华中科技大学教授胡忠坤路，“它须要10年、20年，乃至更长时刻才有可能见到功用，因此叙判者要耐得住沉静，但也必要取得久远宁静的帮助。”

　　“精采丈量物理有两个特性：一是高精尖，二是交涉周期尤其长。”山西大学教学张靖弥补途。

　　20世纪90年代初，张靖还在华中科技大学读本科，一时会到位于喻家山山洞的测试室上课。他们谨记当时山洞两边都是尝试室，内里很沉静，发明很奇奥。

　　“细密衡量物理斟酌不是三两个别花两三年岁月就能取得成绩的。罗教授抉择在山洞里做试验，还带出一支行列，一步步把精度进取再发展，确凿很有气势。”张靖说。

　　“你们国家的科学交涉如故酿成了新颖的场合，上了一个史乘性的新台阶。目下他山洞的测试条件是30年前底子无法思象的，每个尝试室都‘鸟枪换炮’，不明确好到哪儿去了。”罗俊谈，“但当初也没感应条件多坚苦，源由有意念、有钻营，进展能诚心诚意，所以并未当心‘苦’仍然‘不苦’。”

　　“进行精深衡量物理交涉，总是想一丝不苟，把精度先进点，再先进点。”清华大学传授尤力对《中国科学报》叙，“进测试室掀开仪器，全部人就清晰北京地铁4号线列车什么时候进站、什么时代出站，地铁运转产生的磁场会严重熏陶原子能级……”

　　即使北京地铁4号线从清华大学、北京大学两所高校旁历程时采纳了一系列减震次序，但轻轨列车进站减快、出站加速时电流改良发生的磁场，仍旧会陶染1.5公里外清华大学的原子分子与光物理测验。

　　磁场转换会引初步子能级移动，给光学测量带来不相信性，使科学家无法决断是否出现了缺点。虽然研究人员如故习性在夜深人静时做尝试，但很多扰动仍无法停止。

　　“所有人做原子分子与光物理会商时，原子的磁矩就像一起小磁石，它方圆的磁场扰动会让原子磁矩颤动，导致衡量信号不肯定。”尤力讲，“境遇中种种扰动、噪声、磁场等都邑教授测量原形。”

　　尤力团队曾对测验室碰到举行检测，不但地铁4号线列车收支站，网罗地球磁场、测验室照明电路，甚至光学尝试平台上的金属器件（螺丝钉、钻头号）所带磁性城市教授测量精度。

　　在屡屡测量、分解、计算的根基上，尤力团队创立性地操纵了“靠山增加”如此一个管理计划。

　　方便地说，就是针对少许无法改造的骚扰地位，例如地球磁场、测试室电流磁场等，商议人员先测出碰到磁场强度，算计出匀称值，尔后绕制一个通电线圈，使其发生相反的磁场，用“前置反馈”的手法，将曰镪磁场的磁力抵消。

　　“用‘前置反馈’补偿（抵消）配景磁场是个亮点。”华夏科学院院士，华中科技大学、中山大学传授罗俊说，“虽然‘前置反馈’不是新概思，但要把它做成，需要很好地控制背景磁场，用它治理问题随便、高效。”

　　“我们用的物理概思并不极新，但它能拘束实际题目。”尤力谈，“我们用一起电途板就拘束了问题，同许多昆玉单位分享了这项时刻，能为群众做点事全班人很愉快。”

　　在反馈增加工夫的“加持”下，尤力团队博得了一系列主要打垮。谁们打破了榜样量子极限丈量非经典双数态新系统，约束了双数态必然性制备坚苦，该系统在原子数、原子数涨落、减弱系数以及关系性等多项苛浸指标上远超国际同类尝试。

　　团队原委调控量子相变始末，解决了古板动力学制备举措所保存的标题，在国际上初度笃信性地制备了大粒子数双数态87Rb原子玻色爱因斯坦凝聚体。目今，该测验平台能在40秒内相信性地制备约1万个粒子组成的多体胶葛态，从非胶葛的初态到双数态固结体的转移结果高达（96±2）%。该双数态的量子噪声的减少度为（13.3±0.6）dB，是国际同类实验中最好的指标。双数态的相干性更是达到了亲切理念值的0.99，远优于此前国际上最好的0.9。由此，测试能够表征的胶葛粒子数也是眼前能确定性制备量子缠绕数宗旨全国纪录。

　　这项工作大大进取了双数态在灵巧测量中的合用性，初次验证了量子相变能够行动制备多体量子纠纷态的有效手法，为胶葛态的制备需要了新思途。

　　频年来，中国科学院精彩衡量科学与功夫刷新会商院咨议员高克林团队研制出不信任度为 3×10-18（相等于105亿年不差1秒）、幽静度为6.3×10-的钙离子光频标，成为第五种不必然度指标达10-18水平的光频标、第二种寂静度达10-18量级的离子光频标，并研制出目下搬运隔绝最远的光钟，完成精度抵达10-16的钙离子光频的溯源测量。该效力被国际期间频率磋商委员会推荐为次级秒定义。

　　“钙离子有良多甜头，例如其光频跃迁是搭筑高精度光频目的理想参考，可有效贬抑离子奇特的微活动频移。其离子的量子态制备、激光冷却及钟跃迁探测所用的激光均可用商品化的半导体激光器发射，因而极有也许完结普遍运用。”高克林谈，“不过钙离子光频标也面临两个宇宙级穷苦：一是钙离子对磁场特殊敏感；二是钙离子在室温下对黑体辐射效应（环境温度）敏感。”

　　频率典型切磋对外场掌握（环境中各种效应，如颠簸、噪声、磁场和温度等）的苦求出格高，国际上许多光频标商讨机构已经放任参考钙离子搭筑高精度光频标。如今，国际上仅有锶原子光频标、镱原子光频标、铝离子光频标，以及镱离子光频目标不必定度达到10-18量级。

　　“能否直面这些国际困难，将钙离子光频标鞭策至更高精度是我们面临的艰苦寻事。”高克林说，“在叶朝辉、罗俊院士指挥的精密丈量项目行家组与频标科学家王义遒、王育竹、李天初等人的关切和拯救下，所有人一步步经管了这些快苦，将钙离子光频标推至国际第一方阵。”

　　为进一步进取钙离子光频主意功效，商议人员始末订正钟跃迁激光成效，创设了第二台钙离子光频标并举行比对，大幅沮丧了电四极频移、光频移和微作为频移，竣工了不断定度达5.5×10-17、安宁度达7×10-17的钙离子光频标。2018年，团队过程“魔幻射频囚禁场”贬抑了微作为频移，又历程灰心黑体辐射频移、考订光频标伺服软件等步骤，进一步将钙离子光频标不相信度教育至2.2×10-17。2019年，颠末对两台钙离子光频标长达31天的频率比对，磋议人员测得宁静度抵达6.3×10-。

　　为下降钙离子光频标黑体辐射频移的感化，团队将离子阱置于液氮低温际遇中，使黑体辐射频移对温度的敏感度消沉了约两个数量级。与国际上采取的液氦系统比拟，液氮系统造价省钱、应用容易。但裂缝是运用中液氮会蒸发，系统运行时液氮容积转换易形成离子身分搬动，从而导致荧光信号消耗。

　　为处理低温体系题目，斟酌人员几次迭代和纠错，并采纳清华大学教学尤力团队的“前置反馈”期间，大幅降低了靠山磁场噪声。末了，该团队在国际上首次完成了液氮低温钙离子光频标，不肯定度抵达3×10-18。

　　2020年，该团队完毕钙离子光频标系统集成、确实和高精度运行等要紧时候冲破，研制出一台精度24亿年谬论不到1秒的可搬运钙离子光钟，初度将钙离子光频测量精度鞭策到国际最高秤谌，并完成从武汉到北京千公里级车载搬运。

　　“商讨钙离子的人称我方为‘钙帮’。”高克林谈，“在测试关键时候，大众加班轮岗的故事许多，但没人觉得劳苦，原因心爱，因此乐在其中。”

　　前不久，中国科学院院士、华夏科学技术大学传授潘筑伟，中国科学期间大学传授陆朝阳等基于“九章二号”中自立假想的受激双模量子退缩光源，结合非线性干涉仪，提出并树模了一种新安顿来完毕可伸张的、无条件的、鲁棒的量子精密测量优势。关联效力揭晓于《物理议论速报》。

　　“实质上，该成绩是在‘精细衡量物理’强大商议安排前期事情的基本上衍生出的一项新效果。”陆朝阳公告《中国科学报》。

　　“精华测量物理”宏伟磋商计划有几个子叙判方向，个中中原科学技术大学团队的谋略更具搜索性质，紧要是基于单光子和缠绕光子查究精良测量的新意义、新次序。在研时代，团队基于高气概单光子和多光子纠葛打垮赶上表率量子极限，在国际上首次同时处分了单光子源的三个主要题目，告终国际上综合功能最优秀的单光子源。

　　“制备单光子源是这个浩大讨论安顿中的一项代表性工作。”陆朝阳疏解说，“实行量子精细丈量或量子计算时，有用的是单光子源。这就像幼儿园小同伴‘排排坐’，如果有100个小朋友，每个小伙伴坐一条板凳是理念状态。但自然界的光源（灯光或阳光）是热光源，它们衰减之后只要约8%是单光子（相当于一个小友人坐一条板凳），约90%是‘空板凳’，还有2%是两个或多个光子（一条板凳上坐多个体）。在量子技能中，‘空板凳’无法用于衡量，而一条板凳坐多个人会引起测量谬误。因而，科学家要在实验室历程踊跃量子调控创造一种非经典的量子光源。”

　　细密物理衡量每每会受少许在旨趣上都无法阻难的“散粒噪声”的教养。因此，任何丈量都生存精度极限。但是，量子光源可能突破这种物理极限。

　　华夏科学时候大学团队用制备出的新光源举办丈量，发现它比之前用激光光源丈量的精度进步了0.6dB，并且初次完毕了强度退缩。以后，该团队又研发出“九章”系列光量子推算原型机。在“九章二号”的合系斟酌中，团队受到激光的动员，发明确一种受激辐射扩大量子光源的新步骤。在治疗这种新光源的位相时，全班人不料呈现数据对相位尤其敏感。

　　抱着试试看的办法，商议人员基于“九章二号”中自决设计的受激双模量子紧缩光源，联闭非线性干预仪，提出了一种新准备来达到海森堡极限。该准备同时具有可伸张性、无条目优势、对外部光子挥霍鲁棒等长处。在未扣除任何尝试噪声的情景下，在相位衡量测验中直接窥伺到的单光子音尘量（用于衡量衡量的精度），抵达了眼前国际最高程度。

　　出色物理衡量范围有一个共识：假如把精度向前激动一个数量级（10倍），就有大概涌现新物理、新端正。这一次，中原科学技术大学团队基于量子受激光源进展出新的量子邃密丈量期间，将衡量精度极限前进了5.8倍。

　　“学术界将量子计算在特定标题上的能力超越经典的超级推算机的里程碑称为‘量子推算特出性’。此刻，宛如的，谁又初度告竣了‘量子精致衡量卓着性’。”陆朝阳路，“这有点像立体农业中塘中养鱼、塘泥肥田，在国家的所有布局下，量子讯歇的基础洽商不只着花真相，还可催生肥鱼。”