你知道為什么全世界關于1千克的標準都是一樣的嗎？你知道如何保證這臺秤測量出的1千克與另一臺秤測量出的1千克完全是等量的嗎？要保證測量數據的準確，就需要將測量數據溯源到計量基準。計量基準精確到什么程度直接影響著國家科技、國防、經濟、貿易等方方面面的發展。在國家“十一五”科技計劃中，主要由中國計量科學院承擔的《以量子物理為基礎的現代計量基準研究》項目，一經公布便受到社會各方的廣泛關注。這是一項完全需要自主創新的國際前沿研究項目。中國計量科學研究院院長童光球在談到該項目的重要性時說：“如果這個項目能夠研究成功，中國的計量科學研究水平在國際上的地位就可以由現在的第二團隊跨入第一團隊。”

　　從實物基準到量子基準

　　計量科技工作的主要任務是根據我國經濟和社會發展的需要不斷提高國家計量基準的測量準確度和穩定性，以帶動國家整體計量基標準體系技術水平和測量能力的提高。

　　“隨著國民經濟的快速發展，社會對計量提出了越來越高的要求。一方面要求增加測量種類，另一方面就是提高測量準確度。”童光球認為這是《以量子物理為基礎的現代計量基準研究》這一課題體現的社會大背景。

　　20世紀上半葉以前，基本單位的量值由實物計量基準復現和保存，也就是根據經典物理學的原理用某種特別穩定的實物來實現。盡管這些實物基準是用19世紀末20世紀初工業界所能提供的最好的材料及工藝制成，在當時也滿足了對于計量基準的準確度及穩定性的要求。但是，這樣的實物基準一旦制成后，總會有一些不易控制的物理、化學過程使其特性發生緩慢的變化，因而它們所保存的量值也會有所改變。同時，最高等級的實物計量基準全世界只有一個或一套，一旦由于天災、戰爭或其他原因發生意外損壞，就無法完全一模一樣地復制出來，原來連續保存的單位量值也會因此中斷。由于量值傳遞檢定系統龐大繁雜，從最高等級的實物基準到具體應用場所，量值要經過多次傳遞，準確度也必然會有所下降。

　　傳統的量值傳遞檢定系統日益不能適應需要。20世紀下半葉以來，與傳統的實物基準完全不同的量子計量基準的出現，為解決以上問題提供了全新的途徑。量子計量基準的準確度一般要比實物計量基準高幾個數量級。它是一種物理實驗裝置，可以在多處建立。不會有一旦損壞不能準確復現的問題。按照相同原理建立的量子計量基準，所復現的量值也相同，避免了計量基準的量值多次逐級傳遞而造成的一系列問題。因此，以量子物理為基礎的量子基準代替實物基準已成為當今計量科技和基準發展的重要趨勢。

　　“國際單位制的重大變革是我們從事量子基準研究的另一國際大背景。”童光球介紹，2005年6月29日，國際計量局組織建議對現有的國際單位制定義進行重大改革，即將國際單位制中質量、電流、溫度和摩爾四個基本量定義在基本物理常數上，并以量子計量基準裝置加以實現，形成相應的國家量子計量基準。“現在，世界各國都在進行量子計量基準研究，誰最先研究成功誰就能占領計量領域的制高點。”童光球說，“要想在這場國際計量領域的前沿競賽中，中國不落后，并處于領先地位，那我們就必須加緊建立自己的國家量子計量基準。否則我們的計量基準只能溯源到國外，那我們就只能受制于別國，國家主權也就無從談起。”

　　高舉自主創新的旗幟

　　《以量子物理為基礎的現代計量基準研究》共包括9個子課題，其中8個由中國計量科學研究院負責完成。項目研制的內容包括量子質量基準、交流電壓基準、電容基準、熱力學溫度基準、光輻射量子基準、固體密度基準、同位素豐度基準、納米尺度基準8個方面的具有國際先進水平的量子自然基準，同時也將進行普朗克常數、精細結構常數、玻爾茲曼常數、阿伏加德羅常數的精密測量工作，涉及電學、熱工、光學、力學、化學等多個學科領域。

　　作為我國最高的計量科學研究中心和法定計量技術機構，中國計量科學研究院在國際計量領域代表著中國計量科學研究與應用的最高水平。近年來在量子研究方面積累的經驗讓中國計量科學研究院具備了良好的研究基礎。“能夠一舉拿下這個項目讓我們全院都很興奮。”童光球作為該項目的總負責人，每當談起該項目，感到責任重大。

　　童光球說，由于量子計量基準的研究在全世界也是非常前沿的尖端課題，而且各國都在一邊摸索一邊前進，很少能有現成的經驗可以借鑒。“那就意味著，我們必須通過自己的原理創新和技術創新，設計嚴密的技術方案和組織實施方案。”中國計量科學研究院承擔的8個子項目在具體的實現方法上都是需要自主創新的。

　　例如，被全世界公認為最難測量的普朗克常數的測量也是本次項目的子項目之一。國際上現已有5個國家在進行該項測量，研究了20多年，但始終沒有太大進展。“5個國家都采用了同一種方法，即電功率方法。我們在設計技術方案時，大膽決定采用一種全新的無人嘗試過的能量天平的方法。這個方法從原理到儀器設施完全都要依靠我們自己來解決。”

　　再如，子項目《精細結構常數測量關鍵技術研究》中，要采用計算電容的原理來測量。在減少計算電容誤差方面，國際上常用的是機械調整的方法，而中國計量科學研究院的研究者們準備采用一種更精細、更準確，但同時也是難度更大的電調整方法。

　　童光球認為，該項目對計量院的意義也非同尋常。他說：“以《以量子物理為基礎的現代計量基準研究》為代表的一批重大項目的開展使中國計量科學研究院由以前的有限跟蹤、比較被動的研究形態轉變成了全面自主創新的主動形態，這對計量院來說是一個新的轉折。”