微型化技術(shù)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(nèi)實現(xiàn)精準(zhǔn)原子計時。

中國在精密計時領(lǐng)域取得突破，已實現(xiàn)世界最小原子鐘的量產(chǎn)。這款由武漢大學(xué)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(shè)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(dǎo)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(dǎo)和安全通信至關(guān)重要，有望變革現(xiàn)代戰(zhàn)爭與導(dǎo)航系統(tǒng)。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(tǒng)設(shè)備的5%，真空系統(tǒng)縮小了20倍。

精密計時躍升

在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，計時至關(guān)重要，即便是納秒級的延遲都可能決定無人機或?qū)梾f(xié)同打擊的成敗。據(jù)報道，中國通過量產(chǎn)世界最小原子鐘，在這一領(lǐng)域邁出了重要一步。這項進展或?qū)⒅厮軣o人機作戰(zhàn)、水下導(dǎo)航及戰(zhàn)場通信方式。

該器件由武漢大學(xué)衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)研究中心研發(fā)團隊開發(fā)，精度極高，每3萬年誤差不超過1秒。此類精度可實現(xiàn)可靠的同步，這對復(fù)雜軍事行動中的目標(biāo)瞄準(zhǔn)系統(tǒng)和安全數(shù)據(jù)交換至關(guān)重要。

該原子鐘體積僅2.3立方厘米，大約相當(dāng)于指甲蓋大小，顯著小于現(xiàn)有型號，體積不到美國同類領(lǐng)先產(chǎn)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(tǒng)的原子鐘，即使經(jīng)過微型化，通常也需要數(shù)百立方厘米的體積，并消耗數(shù)瓦功率。相比之下，這項新設(shè)計在更小的尺度上實現(xiàn)了同等精度，為集成至無人機、導(dǎo)彈和水下系統(tǒng)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(xué)技術(shù)，該技術(shù)取代了傳統(tǒng)原子鐘中使用的更笨重的微波腔體方法。據(jù)媒體報道稱，這一轉(zhuǎn)變使得在更小的空間內(nèi)實現(xiàn)精準(zhǔn)計時成為可能。

傳統(tǒng)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(chǎn)生穩(wěn)定頻率。然而，這種方法在尺寸和功耗上受到嚴(yán)格物理限制，使得進一步微型化困難重重。

新設(shè)計則采用包含銣等堿金屬原子的微加工蒸汽腔，并結(jié)合由調(diào)制半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的兩種光學(xué)頻率。當(dāng)頻率差精確匹配原子基態(tài)之間的能隙時，原子會進入"暗態(tài)"——一種停止吸收光子的量子狀態(tài)。

這會產(chǎn)生一個尖銳的光學(xué)透射峰，可作為高度穩(wěn)定的頻率參考。由于該系統(tǒng)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(shù)通過芯片級制造實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，在顯著減小尺寸、降低成本和能耗的同時，為先進應(yīng)用保持高精度。

研究團隊指出，當(dāng)前仍面臨挑戰(zhàn)，高昂的成本和嚴(yán)苛的激光器要求限制了其廣泛應(yīng)用。在長江產(chǎn)業(yè)集團的支持下，研究人員致力于擴大生產(chǎn)規(guī)模，并預(yù)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(lǐng)域。

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