2024年6月1日起，我國(guó)的《非法定計(jì)量單位限制使用管理辦法》開始正式施行。管理辦法明確，國(guó)家實(shí)行法定計(jì)量單位制度，國(guó)際單位制計(jì)量單位和國(guó)家選定的其他計(jì)量單位為國(guó)家法定計(jì)量單位。任何單位和個(gè)人應(yīng)當(dāng)按照有關(guān)法律法規(guī)、強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)和計(jì)量技術(shù)規(guī)范的要求正確使用計(jì)量單位。國(guó)家明令禁止的非法定計(jì)量單位不得使用，其他非法定計(jì)量單位應(yīng)當(dāng)限制使用。

早在1875年5月20日，17個(gè)國(guó)家就在法國(guó)巴黎簽署了《米制公約》，這標(biāo)志了國(guó)際測(cè)量體系和計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一（《米制公約》逐漸演變成我們所熟知的國(guó)際單位制（SI））。

量子時(shí)代的“度量衡”

隨著量子信息技術(shù)的不斷進(jìn)步，科學(xué)家們已經(jīng)成功地利用量子精密測(cè)量，對(duì)一些基礎(chǔ)物理量進(jìn)行了超高精度的測(cè)量，并且徹底改寫了國(guó)際單位制的定義方式。

早在2018年11月，第26屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)就決定，將量子化的自然常數(shù)作為新的測(cè)量基準(zhǔn)，來替代傳統(tǒng)的物理單位標(biāo)準(zhǔn)原器，而新的量子化定義方式已于2019年5月20日正式生效。

這意味著，國(guó)際單位制已經(jīng)徹底擺脫了傳統(tǒng)的實(shí)物基準(zhǔn)，并且全面進(jìn)入了量子化的新時(shí)代。采用全新量子化定義的國(guó)際單位制，將全部建立在恒定不變的自然常數(shù)上，因而具有絕對(duì)的穩(wěn)定性和超高的測(cè)量精度。

那么，我們?yōu)槭裁匆f全新的國(guó)際單位制，是建立在恒定不變的自然常數(shù)上的呢？讓我們來看看它們各自的定義。

目前，全新定義的國(guó)際單位制包括7個(gè)基本物理量，它們分別是長(zhǎng)度、質(zhì)量、時(shí)間、電流、溫度、物質(zhì)的量、發(fā)光強(qiáng)度，而相應(yīng)的基本單位依次為：米（m）、千克（kg）、秒（s）、安培（A）、開爾文（K）、摩爾（mol）和坎德拉（cd）。

采用全新量子化定義的國(guó)際單位制物理量（作者自制）

在全新的量子化的定義生效前后，國(guó)際單位制的物理量單位大小不會(huì)發(fā)生顯著的變化。也就是說，現(xiàn)在所定義的1秒鐘還是無限地接近原先定義的1秒鐘，但是時(shí)間的測(cè)量基準(zhǔn)卻建立在恒定不變的自然常數(shù)之上，從而具有極高的穩(wěn)定性和測(cè)量精度。

那如今的基準(zhǔn)究竟和之前的基準(zhǔn)有什么樣的區(qū)別？國(guó)際單位制究竟為什么會(huì)有如此巨大的改變？

傳統(tǒng)精密測(cè)量的局限

精密測(cè)量可被劃分為經(jīng)典精密測(cè)量和量子精密測(cè)量這兩大類。

對(duì)于經(jīng)典精密測(cè)量而言，它的物理測(cè)量基準(zhǔn)是人造的測(cè)量工具，例如我們?nèi)粘Ｋ佑|到的石英鐘（時(shí)間精密測(cè)量）、光學(xué)顯微鏡（長(zhǎng)度精密測(cè)量）以及電子分析天平（質(zhì)量精密測(cè)量）等。測(cè)量工具能有效分辨的最小數(shù)值，也被稱為測(cè)量工具的分辨率，由相鄰的兩個(gè)最小刻度之差來決定。

舉個(gè)例子，我們使用的標(biāo)準(zhǔn)毫米尺，其相鄰的兩個(gè)最小刻度之差為1毫米，即標(biāo)準(zhǔn)毫米尺的分辨率為1毫米（1000微米），還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到精密測(cè)量的要求。而標(biāo)準(zhǔn)的光學(xué)精密顯微鏡，其分辨率通常在0.2—0.4微米。因此，標(biāo)準(zhǔn)的光學(xué)精密顯微鏡可以歸類為經(jīng)典精密測(cè)量方案。

我們的很多實(shí)驗(yàn)都使用到了這些人造測(cè)量工具，然而，人造的測(cè)量工具不可能絕對(duì)精準(zhǔn)，總是不可避免地存在系統(tǒng)誤差。此外，在實(shí)際使用測(cè)量工具的過程中，由于測(cè)量結(jié)果的讀取也無法通過無限次測(cè)量來逼近真實(shí)值，因而也存在相應(yīng)的隨機(jī)誤差。這就意味著，以人造測(cè)量工具為測(cè)量基準(zhǔn)的經(jīng)典測(cè)量方案的測(cè)量結(jié)果，會(huì)存在測(cè)量不穩(wěn)定等現(xiàn)象。

更重要的是，經(jīng)典精密測(cè)量方案的測(cè)量精度受限于測(cè)量工具的分辨率，其自身的測(cè)量精度不可能無限提高。因此，科學(xué)家們將研究的目光轉(zhuǎn)移到了更加強(qiáng)大的量子精密測(cè)量上。