近日，韩国标准科学研究院（KRISS）研究团队成功研发出具备量子物理学极限精度的长度测量系统。该系统不仅具备世界最高水平的精度，还能在户外环境中便捷运行，有望成为下一代长度测量的"基准"。
目前最精确的长度测量设备是作为1米（m）基准的"长度测量标准器"。由KRISS等世界各国计量标准代表机构运营的长度测量标准器，采用短波长激光干涉仪进行长度测量。短波长激光如同刻度密集的尺子，其波长分布极其均匀，可实现1~10纳米（纳米，十亿分之一米）级别的高精度测量。注：干涉仪（Interferometer）：通过分析两束光相遇时产生的干涉图案（即两束光路径的相对变化），来精确测量目标物体距离或位移的装置。
然而，长度测量标准器的单次测量范围极为有限。这是由于短波长激光的光谱范围较窄所致——好比刻度密集却总长很短的尺子。若要测量超出激光波长范围的长度，就必须反复进行多次测量并累加结果。这不仅导致测量耗时冗长，还需配备稳定移动干涉仪的装置，存在显著的时空局限性。
相比之下，绝对长度测量系统虽精度稍逊，却能实现长距离单次测量。该系统通常从基准点向目标发射光脉冲，通过计算光波往返时间确定长度。其测量方式相对简单，设备可小型化，并能快速完成远距离测量，因而被广泛应用于工业现场。但现有绝对长度测量系统的精度极限仅为微米级（微米，百万分之一米），原因在于以现有技术难以将光传播时间测量精度提升至特定极限值以下。
KRISS长度形状测量团队成功利用"光学频率梳干涉仪"，将绝对长度测量系统的精度提升至长度测量标准器的水平。研究团队创新性地将光学频率梳干涉仪应用于绝对长度测量系统。光学频率梳如同钢琴键盘般，由数千个等间距频率的光束组成。与传统干涉仪光源不同，光学频率梳兼具宽波长范围和高度均匀的波长分布特性，既能实现长距离单次测量，又能保证超高精度。
研究团队开发的"基于光学频率梳光谱干涉仪的绝对长度测量系统"，兼具长度测量标准器的精度与绝对长度测量系统的便捷性。该系统精度达0.34纳米，不仅是现有设备的最高水平，更达到了量子物理学允许的极限精度。其25微秒（微秒，百万分之一秒）的测量速度，使系统具备足以在户外环境快速运行的便携性，有望显著提升韩国高端工业领域的长度测量精度水平。
研究团队计划持续推进后续研究，包括评估设备的测量不确定度、持续改进性能等，以期将本次开发的系统认证为下一代长度测量标准器。
KRISS长度形状测量组首席研究员表示："AI半导体、量子技术等未来产业的竞争力，取决于能否精确测量和控制纳米级距离。此次成果将成为韩国跃升为下一代长度标准制定领军国家的重要契机。"
本次研究成果获得KRISS基础研究项目的支持，并已发表于光学领域国际顶级期刊《Laser & Photonics Reviews》（影响因子：10.0）六月刊（DOI：10.1002/lpor.202401995）。
