美国国家标准与技术研究院（NIST）近期宣布，他们成功研发了一种新的光学原子钟，被认为是当前世界上精度最高的时钟。
此时钟的核心由一个被困的单铝离子构成，确保了极高的时间测量精度，误差仅达到5.5×10-19，意味着需要比宇宙年龄还长的时间才会出现一秒的误差。
该设备的频率稳定性为3.5×10-16/√τ秒，相较于其他离子钟，其稳定性提升达2.6倍。
光学原子钟的性能主要依赖于准确性和稳定性，即其逼近真实时间的能力以及测量的一致性。
此次高精度记录的实现得益于团队在过去二十年间改进了铝离子钟的激光、离子阱和真空腔。研究负责人Mason Marshall表示：“参与这一历史性的时钟研发项目令我感到异常兴奋。”
这款钟表的运作原理利用量子逻辑光谱学对单个铝离子进行测量，同时通过与镁离子共同束缚来辅助冷却和状态读取。
铝离子因其“振动”稳定，不易受到温度或磁场影响而成为理想的计时基础，但其控制难度较大，镁离子更易操控，适用于辅助冷却并间接读取铝离子的信号。
团队通过将Rabi探测时间延长至1秒，相较于此前的铝离子钟，不稳定性减少了三倍。
离子阱经过重新设计，旨在减轻不必要的微运动，这些干扰可能影响计时，更新后的结构使用了更加厚实的钻石晶片，并调整了电极金涂层以校正电不平衡。
重建的真空腔采用钛材料，将背景氢气减少了150倍，降低了碰撞位移，使得时钟能够连续数天运行而无需重新加载离子。
方向敏感的射频阱测量消除了因磁场方向引发的不确定性。
众多创新使得该时钟可以在36小时内达到十九位小数的精度，而不是之前需要的三周。研究员透露：“借助此平台，我们计划进一步探索多离子钟甚至纠缠离子的结构，以持续提升测量能力。”
