從陜西省渭南市蒲城縣城西行約3公里的楊家莊，有4根高聳的電線桿，被人們稱為“326”或“天文臺(tái)”。這里離中國(guó)大地原點(diǎn)100公里，是我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間——“北京時(shí)間”生產(chǎn)、保持、發(fā)播的地方，被錢(qián)學(xué)森先生譽(yù)為“中國(guó)的一面大鐘”。

工作人員在中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心銫原子噴泉鐘實(shí)驗(yàn)室工作

時(shí)間決定了我們?nèi)粘Ｉ钪械氖录?。下一次?huì)議是什么時(shí)候？差多少分鐘沒(méi)能趕上飛機(jī)？比賽什么時(shí)候開(kāi)始？我們用小時(shí)、分鐘和秒來(lái)衡量事件的時(shí)間。

然而，對(duì)于身處陜西腹地的一群科研人員來(lái)說(shuō)，對(duì)時(shí)間的把握更為精準(zhǔn)，他們研究的“時(shí)間”，不僅事關(guān)國(guó)家安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的戰(zhàn)略資源，更是國(guó)家話語(yǔ)權(quán)的體現(xiàn)。

中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心（以下簡(jiǎn)稱“國(guó)家授時(shí)中心”）的前身為中國(guó)科學(xué)院陜西天文臺(tái)，始建于陜西蒲城縣城西北金幟山唐憲宗景陵附近，也是在那里創(chuàng)建了新中國(guó)第一個(gè)短波授時(shí)臺(tái)，工程代號(hào)“326”。今天，這里成為國(guó)家授時(shí)中心授時(shí)部，而在距離它100公里之外的西安市臨潼區(qū)書(shū)院東路3號(hào)被稱為國(guó)家授時(shí)中心“臺(tái)本部”的地方，更為縝密的關(guān)于時(shí)間的研究正在全面鋪開(kāi)。

古人最早以“日出而作，日入而息”，也就是以地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的晝夜變化來(lái)判定時(shí)間；《尚書(shū)·堯典》中記載：“乃命羲和，欽若昊天，歷象日月星辰，敬授民時(shí)?！币馑际堑蹐蛎铘耸虾秃褪?，嚴(yán)肅謹(jǐn)慎地遵循天數(shù)，推算日月星辰運(yùn)行的規(guī)律，制定出歷法，把天時(shí)節(jié)令告訴人們。這是最早的“授時(shí)”。但是近代以來(lái)，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的產(chǎn)生和傳遞，曾長(zhǎng)期被外國(guó)人主導(dǎo)并把持。一個(gè)國(guó)家能否研制出擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的原子鐘，不僅代表著相關(guān)領(lǐng)域的科研實(shí)力，也代表著保障國(guó)家安全的能力與水平。

1971年，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間專(zhuān)用短波授時(shí)臺(tái)正式發(fā)播，標(biāo)志著我國(guó)具備了自主可控的、全國(guó)土覆蓋的、連續(xù)可用的陸基無(wú)線電授時(shí)能力。緊接著，大批的建設(shè)者從各地涌向陜西，為建設(shè)更高精度的無(wú)線電長(zhǎng)波授時(shí)臺(tái)扎下根來(lái)……

1秒鐘，是手表秒針的一聲“嘀嗒”。在秒以下，時(shí)間單位按千分之一逐級(jí)遞減，分別是毫秒、微秒、納秒、皮秒、飛秒、仄秒等。例如1納秒，就是1秒鐘的十億分之一。國(guó)際上對(duì)“秒” 的定義是基于銫-133原子的基態(tài)量子轉(zhuǎn)變的頻率，即每秒超過(guò)90億次“嘀嗒”。

2005年，一位叫張首剛的青年，海外學(xué)成回國(guó)后，來(lái)到位于陜西的國(guó)家授時(shí)中心，主持原子鐘研發(fā)與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間研究。7年之后，張首剛團(tuán)隊(duì)自主研制出國(guó)家授時(shí)中心第一臺(tái)銫原子噴泉鐘；2018年和2022年，第二、第三臺(tái)銫原子噴泉鐘相繼被研制出來(lái)。隨著性能的持續(xù)提升，銫原子噴泉鐘精度從10-15量級(jí)提升至10-16量級(jí)，從而實(shí)現(xiàn)了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間產(chǎn)生的自主校準(zhǔn)。

經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，國(guó)家授時(shí)中心量子頻標(biāo)研究室已擁有近百名中青年科研人員，并發(fā)展成為中國(guó)科學(xué)院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，不僅自主研制出了國(guó)際先進(jìn)的基準(zhǔn)型銫原子噴泉鐘，還在2018年實(shí)現(xiàn)了守時(shí)型光抽運(yùn)小銫鐘的產(chǎn)品化。

應(yīng)用廣泛的便攜化小銫鐘產(chǎn)品，此前50多年都被美國(guó)獨(dú)家壟斷。2017年，小銫鐘產(chǎn)品陸續(xù)對(duì)華禁售。如今這款國(guó)產(chǎn)小銫鐘不僅已應(yīng)用在北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、長(zhǎng)河二號(hào)導(dǎo)航系統(tǒng)、5G通信系統(tǒng)以及北極科考等任務(wù)中，也裝備在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間產(chǎn)生與保持系統(tǒng)。2021年11月，三臺(tái)國(guó)產(chǎn)小銫鐘在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間計(jì)算中取得貢獻(xiàn)權(quán)重，并被國(guó)際權(quán)度局推薦給各國(guó)用于標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的產(chǎn)生。

隨著5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)以及人工智能和信息社會(huì)的進(jìn)步，傳輸?shù)拇髷?shù)據(jù)對(duì)各種智能移動(dòng)終端的時(shí)間同步提出了更高的要求。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，我們需要一個(gè)比銫更快的計(jì)時(shí)源。量子時(shí)鐘就成為世界上最精確的計(jì)時(shí)工具，它的精度比當(dāng)今定義標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的原子時(shí)鐘高出近40倍。該量子邏輯時(shí)鐘每經(jīng)過(guò)36.8億年才有1秒鐘的誤差，而2019年的改進(jìn)版所具有的精度更加令人震驚：每經(jīng)過(guò)337億年才有1秒鐘的誤差。

2020年，張首剛和研究員董瑞芳帶領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)，在位于國(guó)家授時(shí)中心園區(qū)內(nèi)的氫脈澤和位于驪山天文臺(tái)的銣鐘之間進(jìn)行雙向量子同步的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，通過(guò)多種前沿技術(shù)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)由50公里光纖傳輸?shù)碾p節(jié)點(diǎn)糾纏，并演示了經(jīng)由22公里外場(chǎng)光纖的雙節(jié)點(diǎn)糾纏。該工作得到國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《自然》審稿人的高度評(píng)價(jià)，認(rèn)為“該結(jié)果是向?qū)崿F(xiàn)量子中繼方向邁出了重要一步”。

在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中，百萬(wàn)分之一秒的時(shí)間測(cè)量誤差，就會(huì)導(dǎo)致300米的測(cè)距偏差?？茖W(xué)發(fā)展中國(guó)的航空航天、量子信息、地球科學(xué)、射電天文、高能天體物理、空間天氣等學(xué)科研究，都需要高精度時(shí)間頻率信號(hào)來(lái)支撐。

把比微波原子鐘精度更高的光鐘送上太空，實(shí)現(xiàn)高精度空間時(shí)間基準(zhǔn)，是當(dāng)前世界科技發(fā)展的前沿。

2022年10月31日，搭載“夢(mèng)天”實(shí)驗(yàn)艙的長(zhǎng)征五號(hào)B遙四運(yùn)載火箭，在文昌航天發(fā)射場(chǎng)點(diǎn)火發(fā)射。約8分鐘后，“夢(mèng)天”實(shí)驗(yàn)艙與火箭成功分離并進(jìn)入預(yù)定軌道。國(guó)家授時(shí)中心聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所一起組織國(guó)內(nèi)十余家單位共同研制的高精度時(shí)頻實(shí)驗(yàn)柜，隨“夢(mèng)天”實(shí)驗(yàn)艙一起順利升空。

作為“夢(mèng)天”實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)最重要、最復(fù)雜的科學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)之一，高精度時(shí)頻科學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由包括全球首臺(tái)時(shí)空光鐘、全球首臺(tái)空間超窄線寬激光器、全球首套具有微波和激光雙鏈路的低軌航天器時(shí)間頻率比對(duì)系統(tǒng)等13臺(tái)單機(jī)組成，在空前時(shí)間頻率產(chǎn)生運(yùn)行系統(tǒng)中居于世界領(lǐng)先地位。

有了這個(gè)實(shí)驗(yàn)柜，天宮空間站時(shí)頻實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)將融合北斗導(dǎo)航系統(tǒng)、在建地基授時(shí)系統(tǒng)和現(xiàn)有的授時(shí)系統(tǒng)。國(guó)家授時(shí)中心首席科學(xué)家張首剛預(yù)計(jì)，五年內(nèi)，國(guó)家授時(shí)中心將建成世界上獨(dú)一無(wú)二的天地融合、立體交叉的國(guó)家授時(shí)系統(tǒng)。

數(shù)十年來(lái)，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心幾代科研人員共同努力，從地表作業(yè)到進(jìn)入太空，14次在關(guān)鍵技術(shù)上實(shí)現(xiàn)“從0到1”的突破。

日前，國(guó)家授時(shí)中心承擔(dān)的國(guó)家“十三五”重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“高精度地基授時(shí)系統(tǒng)”研制建設(shè)，完成了西安至太原段1839公里雙纖雙路時(shí)間傳遞系統(tǒng)的設(shè)備安裝和性能測(cè)試。結(jié)果表明，我國(guó)建成了全球首個(gè)十皮秒級(jí)穩(wěn)定度的千公里光纖時(shí)間傳遞工程應(yīng)用系統(tǒng)。

與世界同步的北京時(shí)間，自此不再讓世界小覷！