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中國科學院精密測量科學與技術創新研究院童昕團隊與柳曉軍團隊，近日在《國家科學評論》（National Science Review, NSR）發表題為“The Ticking of Thorium Nuclear Optical Clocks: A Developmental Perspective”的觀點文章，系統梳理了釷核光學鍾領域的技術脈絡與突破性進展。本文將收錄於NSR“量子資訊進展”專題。
作為目前唯一可實現雷射操控的原子核體系，釷-229的獨特核躍遷特性為突破現有計時精度極限開闢了全新路徑。
研究團隊指出，釷核光學鍾憑藉原子核尺寸小、量子態間隔大、電子遮蔽效應強等優勢，理論上可將時間頻率標準的不確定度提升至10-19量級以上，有望成為下一代計時基準。
經過半個世紀的持續攻關，國際科研界已在釷核躍遷雷射激發、真空紫外光梳技術等關鍵領域取得突破性進展，包括實現kHz級精度的核躍遷頻率測量，以及透過摻雜晶體材料成功觀測到核四極矩分裂現象。
然而，該領域發展仍面臨多重技術挑戰：
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高純度釷-229同位素極度稀缺，全球可用量僅為克量級；
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148奈米窄線寬連續雷射技術尚未突破；
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固態環境中核躍遷對溫度波動的敏感性高達 10-6/K，需將晶體溫度穩定度控制在5微開爾文以內；
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閉環操控系統的缺失也阻礙了鍾躍遷的快速檢測與調控。
"這些技術瓶頸的突破將催生計時領域的革命性變革。" 通訊作者童昕研究員強調，"釷核光學鐘不僅能顯著提升導航定位、量子通訊等應用的精度，更將為檢驗精細結構常數變化、探索暗物質等基礎物理研究提供全新探針。"
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