精密計時躍升："世界最小"原子鐘已在中國量產

微型化技術利用相干布居俘獲原理，取代笨重的微波腔體，在更小體積內實現精準原子計時。

中國在精密計時領域取得突破，已實現世界最小原子鐘的量產。這款由武漢大學團隊研制的器件僅指甲蓋大小，卻具備極高的精度，每3萬年誤差不超過1秒。其緊湊設計僅占2.3立方厘米，體積遠小于美國主流型號，更便于集成至無人機、導彈及水下平臺。

研究人員表示，高精度時間同步對于精確制導和安全通信至關重要，有望變革現代戰爭與導航系統。今年1月，英國國家物理實驗室的研究人員已研制出一種便攜式原子噴泉鐘，其體積縮小至傳統設備的5%，真空系統縮小了20倍。

精密計時躍升

在現代戰爭中，計時至關重要，即便是納秒級的延遲都可能決定無人機或導彈協同打擊的成敗。據報道，中國通過量產世界最小原子鐘，在這一領域邁出了重要一步。這項進展或將重塑無人機作戰、水下導航及戰場通信方式。

該器件由武漢大學衛星導航定位技術研究中心研發團隊開發，精度極高，每3萬年誤差不超過1秒。此類精度可實現可靠的同步，這對復雜軍事行動中的目標瞄準系統和安全數據交換至關重要。

該原子鐘體積僅2.3立方厘米，大約相當于指甲蓋大小，顯著小于現有型號，體積不到美國同類領先產品的七分之一。盡管外形緊湊，其性能卻堪比體積更大的原子鐘。

傳統的原子鐘，即使經過微型化，通常也需要數百立方厘米的體積，并消耗數瓦功率。相比之下，這項新設計在更小的尺度上實現了同等精度，為集成至無人機、導彈和水下系統等緊湊平臺提供了可能。

下一代原子鐘

微型化方面的突破得益于一種名為"相干布居俘獲"的量子光學技術，該技術取代了傳統原子鐘中使用的更笨重的微波腔體方法。據媒體報道稱，這一轉變使得在更小的空間內實現精準計時成為可能。

傳統原子鐘依賴微波腔共振，即微波在諧振腔中與原子相互作用，產生穩定頻率。然而，這種方法在尺寸和功耗上受到嚴格物理限制，使得進一步微型化困難重重。

新設計則采用包含銣等堿金屬原子的微加工蒸汽腔，并結合由調制半導體激光器產生的兩種光學頻率。當頻率差精確匹配原子基態之間的能隙時，原子會進入"暗態"——一種停止吸收光子的量子狀態。

這會產生一個尖銳的光學透射峰，可作為高度穩定的頻率參考。由于該系統依賴于緊湊型激光器和芯片級組件，整個原子鐘可集成到一個高效、低功耗的模塊中。

該技術通過芯片級制造實現規模化生產，在顯著減小尺寸、降低成本和能耗的同時，為先進應用保持高精度。

研究團隊指出，當前仍面臨挑戰，高昂的成本和嚴苛的激光器要求限制了其廣泛應用。在長江產業集團的支持下，研究人員致力于擴大生產規模，并預計隨著成本下降，芯片級原子鐘將拓展至軍用和民用通信領域。

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