中國近日發佈了一項在精確計時領域的突破，全球最小的原子鐘開始量產。這款由武漢大學團隊研製的裝置，大小僅有指甲般，能夠提供極高的準確度，僅在 30,000 年內誤差一秒。其緊湊的 2.3 立方厘米設計明顯小於美國的主要型號，這使得它更易於整合到無人機、導彈及水下平台。研究人員表示，高精度的同步性對於精確的打擊及安全的通信至關重要，並有潛力改變現代戰爭和導航系統的格局。
在一月，英國國家物理實驗室的研究人員製作了一款便攜式原子噴泉鐘，體積僅為傳統型號的 5%，其真空系統則小了 20 倍。隨著現代戰爭的發展，計時的精確性變得極為重要，因為即使是納秒級的延遲也可能決定無人機或導彈攻擊的成敗。
這款時鐘由武漢大學衛星導航與定位技術研究中心的研究團隊開發，極為精確，僅在 30,000 年內誤差一秒。如此高的準確度使得它能夠可靠地進行同步，這對於複雜軍事行動中的目標系統及安全數據交換至關重要。這款時鐘的尺寸僅有 2.3 立方厘米，約為指甲的大小，顯著小於現有的型號，且不到美國對應型號的七分之一。儘管體積小巧，但其性能卻與更大型的原子鐘相當。
傳統的原子鐘，即使經過小型化，通常也需要幾百立方厘米的體積，並且耗電數瓦特。而這一新設計能夠在更小的體積內實現類似的精確度，潛在地允許將其應用於無人機、導彈及水下系統等緊湊平台。
這一小型化的突破得益於一種名為相干人口陷阱的量子光學技術，這種技術取代了傳統原子鐘中較為笨重的微波腔方法。這一轉變使得在更小的空間內實現精確計時成為可能。傳統的原子鐘依賴於微波腔共振，微波與原子在共振腔中相互作用以產生穩定的頻率，但這一方法對於體積和功耗的限制十分嚴格，使得進一步的小型化變得困難。
新設計則使用微加工的蒸汽池，內含鈉或銣等鹼金屬原子，並結合由調製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量差時，原子進入一種「暗態」，這是一種量子狀態，使其停止吸收光。這會產生一個尖銳的光學傳輸峰，作為高穩定性的頻率參考。由於該系統依賴於緊湊的激光器和芯片級組件，整個時鐘可以整合成高效、低功耗的模塊。
根據報導，這項技術通過芯片級制造實現可擴展生產，顯著減少了體積、成本和能量需求，並在保持高精度的同時，為先進應用提供了可能。儘管如此，團隊承認，高成本和激光要求仍然限制了其廣泛應用。在長江產業集團的支持下，研究人員旨在擴大生產，預期隨著成本的降低，芯片級原子鐘將進一步擴展到軍事和民用通信應用中。
