現(xiàn)代計(jì)量基準(zhǔn)將日趨精確 量子計(jì)量受重視
當(dāng)前,中央提出我國(guó)要建設(shè)“創(chuàng)新型國(guó)家”“節(jié)約型社會(huì)”,要千方百計(jì)節(jié)約資源消耗。節(jié)約和創(chuàng)新都與計(jì)量有著非常密切的關(guān)系,開(kāi)展創(chuàng)新、節(jié)約,必須要準(zhǔn)確地測(cè)量數(shù)據(jù),各種可能方案的比較,也要以準(zhǔn)確的測(cè)試數(shù)據(jù)為依據(jù)。
計(jì)量是可以溯源到標(biāo)準(zhǔn)量的測(cè)量,從而保證了測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
20世紀(jì)下半葉以來(lái),人類開(kāi)始進(jìn)入了信息化社會(huì)。信息化的三要素是:信息的獲取(計(jì)量測(cè)試)、信息的傳輸(通信技術(shù))、信息的處理(計(jì)算技術(shù))。信息獲取是最基礎(chǔ)的也是最重要的環(huán)節(jié),它決定著后續(xù)環(huán)節(jié)的準(zhǔn)確性,三個(gè)環(huán)節(jié)互相支撐、互相包容。
在社會(huì)的發(fā)展過(guò)程中,計(jì)量工作經(jīng)歷了以下階段:第一階段是農(nóng)業(yè)社會(huì),計(jì)量工作主要是為了適合農(nóng)業(yè)社會(huì)中農(nóng)產(chǎn)品和生活用品貿(mào)易的需要;第二階段是工業(yè)社會(huì),工業(yè)生產(chǎn)中的互換性要求,對(duì)工作的加工精度提出了更高要求;第三階段是全方位計(jì)量測(cè)試階段,進(jìn)入21世紀(jì),除了計(jì)量測(cè)試準(zhǔn)確度外,基本計(jì)量測(cè)試工作幾乎滲透到各個(gè)領(lǐng)域,例如生物醫(yī)療、環(huán)境保護(hù)、國(guó)防和社會(huì)安全、安全檢測(cè)等方面,都需要準(zhǔn)確度更高的精密測(cè)量設(shè)備。
19世紀(jì)下半葉到20世紀(jì)上半葉,各國(guó)建立起了經(jīng)典的計(jì)量基準(zhǔn),20世紀(jì)50年代以前,基本單位的量值大多由實(shí)物基準(zhǔn)保存及復(fù)現(xiàn)。這些計(jì)量基準(zhǔn)一般是根據(jù)經(jīng)典物理學(xué)原理,用實(shí)物來(lái)表現(xiàn)。比如按X型截面的鉑銥合金米尺上的刻線間距離定義長(zhǎng)度單位“米”,用一組飽和式韋斯頓標(biāo)準(zhǔn)電池的端電壓的平均值保持電壓單位“伏特”等等。
隨著科技的不斷發(fā)展,在長(zhǎng)度、質(zhì)量、電流、溫度、光度、物質(zhì)量7個(gè)基本國(guó)際單位中,其他6個(gè)基準(zhǔn)都發(fā)生了變化,只有質(zhì)量單位“千克”仍沿用實(shí)物基準(zhǔn)。
隨著科技及工農(nóng)業(yè)的發(fā)展,實(shí)物基準(zhǔn)傳統(tǒng)計(jì)量量值傳遞檢定系統(tǒng)開(kāi)始反映出許多不足之處。實(shí)物基準(zhǔn)一旦制成后,總會(huì)有一些不易控制的物理、化學(xué)過(guò)程使其特性發(fā)生緩慢的變化,因而它們所保存的量值也會(huì)有所改變。從20世紀(jì)下半葉開(kāi)始,計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)逐漸更新?lián)Q代?,F(xiàn)代,世界上主要應(yīng)用的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)是量子標(biāo)準(zhǔn),其準(zhǔn)確性極高。
量子計(jì)量基準(zhǔn)的準(zhǔn)確度一般要比實(shí)物計(jì)量基準(zhǔn)高幾個(gè)數(shù)量級(jí)。量子計(jì)量基準(zhǔn)是一種物理實(shí)驗(yàn)裝置,可以多處建立,不會(huì)有一旦損壞不能準(zhǔn)確復(fù)現(xiàn)的問(wèn)題。按照相同原理建立的量子計(jì)量基準(zhǔn)所復(fù)現(xiàn)的量值也相同,避免了計(jì)量基準(zhǔn)的量值多次逐級(jí)傳遞而造成的問(wèn)題。
目前,量子計(jì)量基準(zhǔn)的研究作為國(guó)際計(jì)量科學(xué)的最前沿、尖端課題受到了廣泛的關(guān)注,中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院也作出了積極響應(yīng)。相信不久的將來(lái),質(zhì)量實(shí)物基準(zhǔn)會(huì)被很快取代,計(jì)量基準(zhǔn)會(huì)越來(lái)越精確。