近日，北京量子信息科学研究院（以下简称“量子院”）兼聘研究员、清华大学物理系副教授丁世谦团队利用自主研制的148纳米连续波真空紫外激光，以及与合作团队共同研制的掺钍-229氟化钙晶体，实现钍-229核跃迁吸收光谱测量，并将激光频率稳定锁定至核跃迁，实现核光钟运行。2026年10月7日，相关成果以“同步至钍-229的核钟”（A nuclear clock synchronized to Th-229）为题在线发表于《自然》（Nature）。该工作与欧洲团队同期完成，在国际上率先实现钍-229核光钟运行。

当前，原子光钟和原子微波钟利用原子中的电子跃迁，分别提供了最精确和最实用的时间计量。核光钟则利用钍-229原子核内部跃迁作为频率参考。由于原子核尺度远小于原子尺度，核跃迁受部分外界电磁环境扰动的影响更小，因而原理上有望提供比原子光钟更高精度的时间频率基准；同时，固态核光钟具有潜在的小型化和工程化优势，有望为卫星导航、深空探测和国防安全等场景中的高精度时间频率需求提供实用的技术选择。因此，核光钟有望成为继原子微波钟和原子光钟之后的新一代时间频率标准，是当前量子精密测量领域国际竞争的重要前沿。此外，钍-229核跃迁对基本常数变化等新物理效应具有显著增强的灵敏度，核光钟可为检验基本物理规律提供新的精密探测平台。核光钟的实现还意味着量子操控的能力深入到原子核尺度，为核量子精密测量和核量子操控开辟新的研究方向。

此前，国际同行利用脉冲激光实现钍-229核跃迁的直接激发和测量，其跃迁能量约为8.4电子伏特，对应148纳米的真空紫外波长。但缺乏这个波长的连续波激光是制约核光钟研制的核心瓶颈。丁世谦团队在国际上首次研制出148纳米连续波真空紫外激光，解决了精确驱动钍-229核跃迁的核心光源难题。团队自主发展的激光频率转换方法，在获得所需的短波长激光的同时未引入可观测的相位噪声，为核光钟研制奠定了核心技术基础，相关成果已于2026年2月发表于Nature。

解决光源之后，另一项关键挑战来自钍-229本身。钍-229极其稀缺，我国相关核素获取渠道受到国外严格限制。面对这一关键战略资源的制约，在多方协同攻关下，团队开展微量钍-229掺杂小体积晶体研制，在没有试错空间的条件下，仅使用1.4微克钍-229即成功生长出毫米尺度的高质量掺钍氟化钙晶体，单次生长所用核素仅约为欧洲团队的二百分之一。

有了连续波148纳米真空紫外激光和掺钍-229氟化钙晶体，团队进一步开展核跃迁精密光谱测量，获得高分辨率核跃迁吸收光谱，并实现快速吸收读出，从中选择兼具窄线宽和弱温度敏感性的核跃迁谱线作为核钟的频率参考。在每个核钟探测周期中，团队从核跃迁吸收信号中提取激光相对于核共振的频率偏差，并据此反馈修正激光频率，使激光频率持续稳定在钍-229核跃迁上。由此，钍-229原子核不再只是被激光探测的对象，而是真正成为稳定激光频率的量子参考，实现了从测量核跃迁到用核跃迁计时的关键跨越。

依托该晶体和此前开发的148纳米连续波激光的性能优势，我国团队实现的核光钟秒级稳定度优于同期欧洲团队接近一个数量级，以极少的战略核素资源实现了国际领先的核光钟性能。成果在预印本阶段即获Nature News、ScienceNews、Scientific American等国际主流科技媒体报道。

核光钟的研制成功，是本世纪以来量子精密测量领域最重要的突破之一。团队成功研制148纳米连续波激光，并基于此率先实现核光钟运行，建立了从核心光源、核钟晶体、核跃迁光谱到闭环运行的完整技术体系，这一系列突破是我国科学界具有标志性意义的重大原创性成果。在成果完成后的短短数月内，丁世谦就荣获了2026年世界顶尖科学家奖“青年科学家奖”，颁奖词明确肯定其“在连续波真空紫外激光、钍-229核钟与核量子精密测量领域取得开创性实验成果”。

丁世谦表示，核光钟涉及真空紫外激光、晶体材料、精密光频控制、放射性核素和弱信号探测等多个技术环节，其研制离不开长期支持和多学科协同。晶体研制是此次工作中多单位协同攻关最集中的环节之一，在薛其坤院士、段文晖院士的协调和推动下，中国科学院上海光学精密机械研究所、中国科学院上海硅酸盐研究所和中国科学院上海应用物理研究所与清华大学团队一道，围绕掺钍-229氟化钙晶体制备及表征开展协同攻关，为核光钟的实现奠定了坚实基础。北京大学张熙博团队和中国计量科学研究院林弋戈团队则在超稳激光、频率计量及精密测量等关键环节提供了重要技术支持。清华大学校内的长期合作和支持同样发挥了重要作用，物理系莫宇翔教授和尤力教授在连续波真空紫外激光研究过程中，在实验方案、光频梳和相关技术积累等方面给予了重要帮助；清华大学核能与新能源技术研究院刘学刚团队则参与了掺钍晶体的制备与表征，并在钍-229相关实验条件方面给予了重要支持。团队感谢清华大学及物理系、北京量子信息科学研究院以及清华大学核能与新能源技术研究院长期以来的支持，感谢向涛、王亚愚、翟荟和常凯等老师在团队建设和资源协调等方面给予的支持和指导。