傳統(tǒng)計量量值傳遞不足之處

(1)最高的計量基準為某種實物（例如千克砝碼原器是一個鉑銥合金圓柱體），就有其固有的缺點。盡管這些實物基準是用19世紀末20世紀初工業(yè)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(wěn)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、化學過程使它的特性發(fā)生緩慢的變化。因而它所保存的量值也會有所改變。以上述鉑銥合金千克砝碼原器為例，緩慢地吸附在其表面及內(nèi)部的氣體、表面沾上的微塵、甚至多年使用中形成的磨損及劃痕均會使其質(zhì)量發(fā)生變化，而且此種逐年積累的變化的準確數(shù)量也很難確切查明。
(2)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(zhàn)爭或其他原因發(fā)生意外損壞，就無法完全一模一樣地復制出來，原來連續(xù)保存的單位量值也會因之中斷。
(3)量值傳遞檢定系統(tǒng)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(jīng)過多次傳遞，準確度也必然會有所下降。上述問題已經(jīng)使傳統(tǒng)的量值傳遞檢定系統(tǒng)日益不能適應需要。近年來與傳統(tǒng)的實物基準完全不同的量子計量基準的出現(xiàn)，為解決以上問題提供了全新的途徑。量子物理學闡明了各種微觀粒子的運動規(guī)律，特別是微觀粒子的態(tài)和能級的概念。按照量子物理學，宏觀物體中的微觀粒子如果處于相同的微觀態(tài)，其能量有相同的確定值，也就是處于同一能級上。當粒子在不同能級之間發(fā)生量子躍遷時，將伴隨著吸收或發(fā)射能量等于能級差E的電磁波能量子，也就是光子。而且電磁波頻率與E之間滿足普朗克公式，即兩者之間成正比，而比例系數(shù)為普朗克常數(shù)h。也就是說，電磁波的頻率反映了能級差的數(shù)量。值得注意的是，宏觀物體中基本粒子的能級結構與物體的宏觀參數(shù)，如形狀、體積、質(zhì)量等等并無明顯關系。因此，即使物體的宏觀參數(shù)隨時間發(fā)生了緩慢變化，也不會影響物體中微觀粒子的量子躍遷過程。這樣，如果利用量子躍遷現(xiàn)象來復現(xiàn)計量單位，就可以從原則上消除各種宏觀參數(shù)不穩(wěn)定產(chǎn)生的影響，所復現(xiàn)的計量單位不再會發(fā)生緩慢漂移，計量基準的穩(wěn)定性和準確度可以達到空前的高度。更重要的一點是量子躍遷現(xiàn)象可以在任何時間、任何地點用原理相同的裝置重復產(chǎn)生，不象實物基準是特定的物體，一旦由于事故而毀傷，就不可能再準確復制。因此用量子躍遷復現(xiàn)計量單位對于保持計量基準量值的高度連續(xù)性也有重大的價值。習慣上，此類用量子現(xiàn)象復現(xiàn)量值的計量基準統(tǒng)稱為量子計量基準。