“懂行的”全力支持，“一束光”笑傲全球

丁世謙在實驗室調(diào)試設(shè)備

科研機構(gòu)：清華大學(xué)/北京量子院丁世謙團隊

重要成果：研制出148納米連續(xù)波超窄線寬激光光源

2025年5月12日晚上10時許，清華大學(xué)物理系地下三層一間不起眼的實驗室里，當電腦上閃現(xiàn)出一排輕輕躍動的干涉條紋，丁世謙和團隊成員的激動之情難以言表。這意味著他們幾個月前研制的148納米連續(xù)波激光具有極高的光譜純度，從而補齊了核光鐘研制中的“最后一塊拼圖”。這束光或?qū)氐赘淖兾磥砣祟愑嬃繒r間、感知世界的方式。研制這束激光的，正是清華大學(xué)物理系副教授、北京量子信息科學(xué)研究院（以下簡稱“北京量子院”）兼聘研究員丁世謙和他平均年齡不到30歲的年輕團隊。

這“一束光”可頂天立地

“什么是核光鐘？它是一種以釷-229原子核躍遷為基準的新型光鐘，你可以把它理解為一個穩(wěn)定性極高的計時器。”丁世謙解釋，目前已問世的最精確的計時器是原子鐘，是利用原子核外的電子躍遷作為“鐘擺”，但電子質(zhì)量極輕，極易受外界電磁場干擾，這導(dǎo)致原子鐘難以搬出實驗室，極大限制了其實際應(yīng)用。而核光鐘基于原子核躍遷，原子核質(zhì)量比電子重十萬倍，體積小幾十萬倍，因而對外界干擾極不敏感。理論上，核光鐘測量精度能達10-19以上，通俗理解，在3000億年的時間尺度上誤差不會超過1秒。

丁世謙介紹，核光鐘是國際前沿科技競爭的戰(zhàn)略性方向。不過，二十多年來其研究一直停留在紙面，核心瓶頸之一在于缺乏能夠操控釷-229原子核的148納米連續(xù)波激光。而丁世謙團隊的工作正是攻克了這個關(guān)鍵性的問題——他們突破了主流的非線性晶體路線，改用鎘蒸氣四波混頻新方案，成功研制出了148納米連續(xù)波超窄線寬真空紫外激光光源。

這項成果的意義，丁世謙用“頂天立地”來形容：“‘頂天’是指它的基礎(chǔ)前沿性，我們第一次有望用激光去相干地操控原子核，這是一片全新的、未開墾的物理疆域，也為其他領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究提供一個更加高精度的工具；‘立地’則是指它比較接地氣，作為一個通用的真空紫外激光平臺，有明確的應(yīng)用前景。”

團隊經(jīng)歷了“死磕”之旅

這項領(lǐng)跑全球、引起廣泛關(guān)注的研究，誕生于一支平均年齡不到30歲的年輕團隊。回顧研發(fā)過程，丁世謙總結(jié)：除了方向判斷和技術(shù)積累之外，更離不開探索未知的勇氣、長期堅持的韌勁，以及一點科研中的“運氣”。

早在2018年，丁世謙就重點關(guān)注核光鐘方向。彼時，這一領(lǐng)域由于挑戰(zhàn)極大，少有人涉足。2020年丁世謙毅然選擇了這一高風險研究方向，并憑借相關(guān)研究計劃獲得清華大學(xué)的聘任機會。“光鐘光鐘，激光是最核心的部件。能夠?qū)崿F(xiàn)激光操控原子核，這太有吸引力了，我們就一頭扎了進去。”

從2022年產(chǎn)生想法，團隊花了兩年時間進行理論計算，最終鎖定了基于金屬鎘蒸氣四波混頻的連續(xù)波真空紫外產(chǎn)生方案。曾經(jīng)，他們經(jīng)歷了長達四個月的“至暗時刻”：所有條件都準備好了，就是做不出光來。但團隊沒有放棄。直到2025年1月25日的晚上，那束夢寐以求的光終于出現(xiàn)。到當年5月12日，團隊又進一步驗證激光的光譜純度，光鐘激光終于有了明確的技術(shù)路線。

今年2月，團隊相關(guān)成果發(fā)表于國際頂尖期刊《自然》。論文完成時，第一作者肖琦還沒有本科畢業(yè)。談及為什么敢讓本科生挑大梁，丁世謙說：“一開始團隊成員人數(shù)不多，其他成員都有其他具體任務(wù)。肖琦有想法、有熱情，而且初生牛犢不怕虎。我們就像找到了正確的地方下鏟子，結(jié)果就挖到了‘金礦’。”

創(chuàng)新生態(tài)助他們大展拳腳

一個沒有“人才帽子”的青年學(xué)者，為什么能帶領(lǐng)團隊實現(xiàn)如此重大的突破？丁世謙認為，這離不開北京對基礎(chǔ)研究的重視，以及像北京量子院這樣的新型研發(fā)機構(gòu)提供的靈活支持。“懂行的領(lǐng)導(dǎo)是關(guān)鍵。”丁世謙說，“北京量子院不少領(lǐng)導(dǎo)是世界級的頂尖科學(xué)家，具有豐富的一線研究經(jīng)驗，他們能敏銳地意識到這項研究的重要性，及時給予大力支持。”

作為北京量子院的兼聘研究員，丁世謙團隊得到了資金和設(shè)備等多方面的支持。一開始團隊只有四五個人，且多為清華大學(xué)的學(xué)生，缺乏具有實戰(zhàn)經(jīng)驗的工程師等力量。于是，北京量子院廣納人才，將丁世謙團隊擴充到十余人。而在北京量子院“兼職”，也讓丁世謙有機會與物理、光學(xué)、電子工程等多領(lǐng)域?qū)＜揖o密協(xié)作，推動科學(xué)理論快速向?qū)嶒炥D(zhuǎn)化。

對于在北京做基礎(chǔ)研究，丁世謙的感觸很深：“政府當前對基礎(chǔ)研究的重視程度，無論縱向的歷史對比，還是橫向的國際對比，都是罕見的。北京更是各種支持政策不斷，而且這里能吸引全國乃至全球的人才，這是北京獨特的創(chuàng)新生態(tài)。對于我們這樣的年輕團隊來說，可以大展拳腳，無疑是我們能做成事的關(guān)鍵因素。”

編輯 劉佳妮

來源：北京青年報