2026年9月25日
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国防先进研究计划署(DARPA)

光学钟在等待一家工厂,而不是又一次实验室演示

DARPA 的 It’s About Time(“时机已到”)计划正推动光学钟从证明其能在实验室工作,转向证明工厂能够反复制造出坚固耐用的设备。如果成功,这类系统就能在 GPS 中断期间保持准确计时,但计划中的生产线仍必须满足尺寸、功耗、成本和平台集成方面的实际限制。

如今,精确计时往往依赖 GPS。通信网络、导航系统和其他分布式系统利用 GPS 的无线电信号保持同步。但这些信号可能受到干扰或被拒止。发生这种情况时,系统就需要一台本地时钟,在不持续接收卫星信号的情况下仍能准确计时。

适合这项工作的最佳时钟,很难在实验室之外制造出来。大多数量子传感器,包括高精度计时系统,都是由专业技术人员以小批量、定制化的方式组装的。它们目前还没有统一的组装、校准和测试流程。它们还容易受到振动、温度变化、有限功率以及维护要求的影响。一台能在实验室工作台上运行的时钟,并不自动意味着它能在实际工作平台上经受考验。

Defense Sciences hero
出处: It’s about time for quantum manufacturing(国防先进研究计划署(DARPA))

从一次性仪器到量产

DARPA 于 2026 年 8 月 6 日宣布了 It’s About Time 计划。该计划旨在为战术级光学钟建立一条试点制造流程。这项工作已交由 IonQ 负责,利用的是 Vector Atomic 的专业能力;IonQ 已收购该公司。

这改变了人们提出的问题。早期工作主要关注的是,能否制造出一台光学钟并让它运行起来。新计划要问的是,工厂能否反复制造出同类时钟,以相同方式测试它们,并保持使其具有价值的性能。

普通自行车这样的物品,很容易让人看出其中的区别。手工制造一辆自行车,与批量制造许多自行车是两回事:后者要求零部件彼此匹配、刹车经过检查,而且性能可预测。光学钟要复杂得多,但面对的是同一个基本制造问题。

为什么这种时钟有用

光学钟利用经过精确控制的光以及原子的变化来计时,其准确度高于传统电子钟。早期的 ROCkN 计划耗时约五年,将一台实验室面包板时钟发展为紧凑型原型机,并在国家实验室和实地环境中进行了测试。DARPA 表示,这些原型机展示了长时间保持同步的能力:它们可以在很长一段时间内保持计时,精度比 GPS 级计时高出许多个数量级。

配套的 OASIC 工作开发了用于组件规格、测量方法、封装、标准化以及与旧式时钟兼容性的测试平台。这些步骤之所以重要,是因为时钟不能只是在孤立状态下足够精确就算有用。它的零部件必须以可重复的方式制造、封装、测量和连接。

It’s About Time 将把光学钟集成到战争部平台中。演示将利用皮秒级的计时精度,测试超越 GPS 的能力。简单来说,该计划要测试的是:当持续的卫星信号不可用或受到争夺时,一台非常精确的本地时钟能否帮助系统继续保持协调。

工厂可能带来的改变

如果这条试点流程能够运作,军方操作人员就能拥有对 GPS 依赖更少的计时、导航和通信能力。分布式系统可以在信号中断期间使用高度准确的本地计时,而不是立即失去同步。只要这些时钟能够变得紧凑、节能并且易于维护,交通、通信和基础设施系统也可以保持更紧密的协调。

同样的制造方法还可能让其他量子传感器在专业实验室之外变得更实用。这种可能性取决于工厂,而不只是取决于物理学。一家制造设施预计将在 2027 年年中之前开业,生产设备将在其完工后一年内交付。

这些日期并不能保证最终能力已经形成。计划中的工厂仍必须满足生产、尺寸、重量、功耗、成本以及与平台集成方面的要求。如果它能够反复制造并鉴定坚固耐用的时钟,光学钟计时就可能从一项只能在实验室实现的成就,变成一个工程供应问题。在那之前,核心考验仍是:这些物理原理能否经受住一次又一次的制造。

来源

DARPA:《量子制造的时机已到》