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量子精密測量研究部光量子雷達應用高性能單光子探測技術，能夠實現單光子級信號精密探測，結合高精度的時間測量、高精度光子鑒頻等核心技術，能實現對目標場景（硬目標）和大氣參數（軟目標），進行高靈敏的量子測量和成像。研究可以突破傳統光學成像極限的技術和算法，並探索此系統在科學和技術中的應用，如遠距離單光子成像雷達和非視域成像等。研究前沿激光雷達遙感技術，開展實現晝夜可用、大探測面積、高時空分辨、多探測參數、便於移動探測的大氣單光子激光雷達技術和集成系統的研究。

主要內容包括：

1）發展單原子靈敏探測方法，利用激光阱捕獲單個目標原子，測量環境中極其稀有的同位素（同位素豐度探測極限達10-18），實現對放射性惰性氣體同位素85Kr、39Ar 、81Kr的檢測。這三個同位素是測量環境水、冰樣品年代的理想示蹤同位素，在研究地下水資源、洋流循環、冰川定年以及核安全等方面有重要應用。

2）檢驗基礎物理定律，尋找超越標準模型的新物理。用冷原子測量方法尋找原子的固有電偶極矩（EDM），實驗檢驗時間反演對稱性；高精度測量可精確計算的少體原子（H，He）、分子（H2，HD）的躍遷頻率，檢驗量子電動力學（QED）及量子從頭計算方法；發展高穩定性的原子共磁力儀，探尋與核自旋相關的新物理現象。

3）發展高精度、高靈敏度分子光譜方法，尋找左右手性分子之間的能級差異，並為溫度、壓力等物理量提供量子計量標準。結合原子物理、激光光譜與精密儀器技術，發展高靈敏度原子磁力儀，突破傳統磁探測技術。

分子精密測量研究方向

分子是能獨立存在的具備功能的最小物質單元，具有顯着的分立能級結構、 特定的軌道空間分布以及豐富的光、電、磁特性，是一種重要的量子體系。因此，發展多維度高分辨的分子精密測量方法，實現對分子結構和量子特性的精準測量，可以獲取全方位描述分子構效關係的精準數據，為建立基於分子體系的量子計算方法提供重要支持，並有助於理解和構建基於分子的電子、自旋、光電等量子器件。主要研究方向：

1）單分子物理與化學：發展單分子層次上光、電、磁、力集成的多域一體化超高分辨掃描探針表徵技術，實現表面分子內稟參量與外場響應的多自由度精準測量；

2）分子立體反應動力學：發展高分辨的氣相分子精密測量技術，實現對分子態-態反應散射微分截面的高分辨測量和氣相分子構象及量子態的高效選擇；

3）超快譜學動力學表徵：發展超快相干電子束技術，實現微納尺度物質的皮秒及更短時間分辨的結構及其動態變化的精準測量。

光鍾與時頻傳輸研究方向

時間頻率是測量最精確的基本物理量，光頻標（光鍾）的頻率不確定度接近1E-18，已經成為量子精密測量的基礎。但是地面光鍾往往會受到潮汐力的影響，在衛星和空間站上搭載光鍾可以解決這個問題。同時光鐘的應用高度依賴於遠距離時頻傳遞，目前缺少滿足光鍾應用的高精度洲際時頻比對和傳遞手段。建設高精度的天地一體化時頻傳遞網，可以填補時頻計量和標準技術空白，並推進基本物理理論檢驗、暗物質探測等基礎科學研究，提升廣域量子通信網絡、全球導航定位系統性能。

研究目標為突破空地時頻傳遞技術，滿足量子通信等應用需求，具體包括開展中高軌衛星時頻載荷研製和地基授時系統建設，開展精密光頻梳、超穩激光、線性光學採樣等關鍵設備研製；開展空間光鍾以及星地高精度時頻傳遞和光纖遠距離時頻傳遞研究，實現洲際光鍾時頻比對；同時，開展時頻傳遞在量子精密測量中的應用研究，時頻傳遞與量子通信網絡融合，量子安全時頻傳遞等研究。

量子導航研究方向

重力加速度是地球最重要的物理特性之一，它反映了地球的質量分布及其隨時間的變化，能幫助人們深刻地理解地球的活動規律。對重力加速度的精密測量能在基礎科學、計量基準、地球物理、國土測繪、導航定位、資源勘察、地震災害防治等方面發揮作用，滿足國家的戰略需求。

利用冷原子的物質波特性，通過拉曼激光相干操控實現原子的分束、反射和合束，建造原子干涉儀，實現重力加速度的精密測量。其目標是在原理研究的基礎上，將原子干涉儀工程化，建造面向多種應用場景的、小型化的原子重力儀；從靜態到動態，從實驗室到外場環境，為實現高精度的重力測量，重力輔助自主導航等重大應用提供技術和裝備。