计量单位将迎来量子化时代

人们在日常生活中使用的“米”、“秒”、“千克”等计量单位将被重新定义。日前，记者从中国计量科学研究院主办的“展望2025年——国际计量发展的重大挑战”国际研讨会上了解到，当前国际计量体系正在发生历史性变化，国际单位制将根据量子等自然基本常数进行重新定义。国际计量委员会正在起草关于修订国际单位制的草案，预计将在2018年国际计量大会上通过。计量将向先进制造、医药、新能源等新兴产业和领域发展，带来广泛而深远的影响。

量子参考将取代物理参考

据了解，国际单位制是全球统一的计量单位制，是国际计量制度的基石。它的核心是七个基本单位，即时间单位“秒”、长度单位“米”、质量单位“千克”、热力学温度“开尔文”、电流单位“安培”、发光强度单位“坎德拉”和物质数量单位“摩尔”。国际单位制最早形成于19世纪。随着科学技术的发展，发生了许多重大变化。

中国计量科学研究院院长表示，自20世纪80年代以来，量子力学的发展给国际单位制带来了又一次重大变化。国际计量界已决定重新定义国际单位制的七个基本单位，将它们与宇宙中的常量或基本物理常数联系起来，并以基于量子物理学的自然基准取代物理基准，这样它们就不会受到空间和时间变化的影响，测量精度等技术指标也将大大提高。

“此次改革的核心是‘计量单位的量化’和‘价值转移的扁平化’。”方向解释，所谓“测量单位的量化”是指通过充分采用量子测量标准，大大提高测量的准确性和稳定性；“扁平化价值转移”是指将量子计量标准与信息技术相结合，使价值转移链更短、更快，计量结果更准确、更稳定。

“单位‘米’的基准是真正的米制。每个国家都有一个仪表刻度作为基准，可追溯到国际计量局的国际仪表刻度需要校准以确定其准确值。然后将在省、市和县各级进行校准。传输过程越长，准确度损失越大。”方向说，“米”现在是由激光的波长定义的，因为激光的频率和速度非常稳定。只要精确测量某一激光的频率或速度，然后计算它在某一时间段内的传播距离，就可以定义“米”。

重新定义的“米”是激光在1/299792458秒(接近3亿分之一秒)的真空中行进的距离。与国际仪表相比，其精度大大提高。此外，它的复制和传输可以不受时间和环境的影响，可以更好地满足我们日益增长的测量要求。“目前先进制造、精密制造、精密医疗等。要求长度测量精确到几何水平。直接激光校准肯定比传统方法更精确。”方向。

精确测量促进新技术

近年来，在重新界定国际单位制方面取得了重要进展。目前，只有一个基本单位，千克，定义仍然使用物理基础。为了用基本物理常数和量子技术重新定义“千克”，包括中国计量科学研究院在内的许多国家计量科学研究所进行了多年的实验研究。

作为国际单位制的基础、核心和关键，时频基准率先完成了量化转换。它的定义已经从“天文时间”转变为基于原子能级跃迁的“原子时间”，测量精度立即提高了1000多万倍。正是基于时间定义的量化变化实现了卫星导航定位，其精度达到厘米级。时间定义的改变也导致了长度、电、温度和质量等单位的重新定义。例如，“米”是基于“秒”的量子化变化，它被定义为激光在真空中行进300百万分之一秒的距离，使得长度测量进入原子水平。

“随着测量精度的大幅提高，一大批革命性的新技术诞生了，带来了行业的跨越式发展。例如，精确测量支持纳米技术和石墨烯的应用，提高先进制造中航空发动机的精度，促进精确医疗产业的发展，并决定核潜艇探测和隐身技术竞争的成败。”方向介绍。

国际计量委员会主席白锐·英格尔斯在研讨会上表示，国际计量委员会正在起草一份关于修订国际单位制的草案，预计将在2018年国际计量大会上通过。在同一天的研讨会上，来自国际计量委员会和美国、德国、中国等国家计量机构的专家也讨论了国际单位制的重新定义以及支持“工业4.0”、智能电网和新能源的计量的重要内容。

然而，关于单位制的重新定义对日常生活的影响，这一方向表明，虽然“米”仍然是“米”，但其内涵已经发生了根本的变化。更精确和持续的改进已经成为它的新特点，但是它的细微变化在日常生活中可能很难被我们感受到。这些变化对新兴产业的发展以及人类对自然的理解和改造有着不可估量的影响。

(记者陈海波)