มหาวิทยาลัยหวู่ฮั่นเริ่มผลิตนาฬิกาอะตอมที่เล็กที่สุดในโลกสำหรับโดรนและขีปนาวุธ

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยหวู่ฮั่นประสบความสำเร็จครั้งสำคัญในด้านวิศวกรรมความแม่นยำด้วยการพัฒนานาฬิกาอะตอมที่เล็กที่สุดเท่าที่เคยมีบันทึกไว้ทั่วโลก อุปกรณ์มีปริมาตรรวมเพียง 2.3 ลูกบาศก์เซนติเมตร และรับประกันข้อผิดพลาดเกือบเป็นศูนย์ โดยสูญเสียเพียงหนึ่งวินาทีทุกๆ 30,000 ปีของการทำงานต่อเนื่อง นวัตกรรมทางเทคโนโลยีได้ก้าวไปไกลกว่าขั้นตอนการทดสอบในห้องปฏิบัติการแล้ว และเข้าสู่การผลิตจำนวนมาก การผลิตขนาดใหญ่ตอบสนองความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับส่วนประกอบขนาดกะทัดรัดในภาคอุตสาหกรรมเชิงกลยุทธ์ระดับโลก

อุปกรณ์ดังกล่าวปรากฏเป็นชิ้นส่วนพื้นฐานสำหรับการปรับปรุงแพลตฟอร์มมือถือให้ทันสมัยซึ่งจำเป็นต้องมีการซิงโครไนซ์ชั่วคราวอย่างสมบูรณ์ ความสามารถในการรักษาความเสถียรของสัญญาณโดยใช้พลังงานต่ำทำให้สามารถติดตั้งนาฬิกาในอุปกรณ์ที่พื้นที่ทางกายภาพและความทนทานของแบตเตอรี่เป็นข้อจำกัดที่เข้มงวด ความก้าวหน้าของจีนมีการใช้งานโดยตรงในระบบระบุตำแหน่งบนพื้นโลก เครือข่ายการสื่อสารในสนามรบ ดาวเทียมวงโคจรต่ำ และยานพาหนะทางอากาศไร้คนขับ

การลดขนาดลงอย่างมากเกินกว่ารุ่นสากล

การย่อส่วนส่วนประกอบที่มีความแม่นยำสูงถือเป็นความท้าทายที่ใหญ่ที่สุดประการหนึ่งในอุตสาหกรรมเทคโนโลยีร่วมสมัย นาฬิกาอะตอมของจีนรุ่นใหม่สามารถทำลายอุปสรรคทางกายภาพที่จำกัดการลดขนาดในอุปกรณ์การวัดเวลาได้ โมเดลแบบดั้งเดิมจำเป็นต้องมีโครงสร้างขนาดใหญ่เพื่อบรรจุกลไกการควบคุมและใช้พลังงานไฟฟ้าหลายวัตต์ระหว่างการทำงาน สถาปัตยกรรมใหม่แก้ไขปัญหาเหล่านี้ได้อย่างชัดเจน

การเพิ่มประสิทธิภาพด้านอวกาศทำให้โครงการในเอเชียมีข้อได้เปรียบโดยตรงเมื่อเปรียบเทียบกับเทคโนโลยีอื่นๆ ที่มีอยู่ในตลาดการป้องกันและการนำทางทั่วโลก

• ปริมาตร 2.3 ลูกบาศก์เซนติเมตร เทียบเท่ากับขนาดที่น้อยกว่าหนึ่งในเจ็ดของโมเดลที่ทันสมัยที่สุดของอเมริกา ซึ่งวัดได้ประมาณ 17 ลูกบาศก์เซนติเมตร
• ความแม่นยำของอุปกรณ์ขนาดกะทัดรัดตรงกับประสิทธิภาพของนาฬิกาอะตอมขนาดใหญ่ที่ใช้ในการติดตั้งภาคพื้นดิน
• สายการผลิตอุตสาหกรรมได้ส่งมอบหน่วยเชิงพาณิชย์หลายร้อยหน่วยตลอดปี 2567 ให้กับลูกค้าในภาคเทคโนโลยี

การเปลี่ยนจากต้นแบบในห้องปฏิบัติการไปเป็นผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์จำเป็นต้องมีการดัดแปลงที่ซับซ้อนในด้านวิศวกรรมวัสดุ นักวิทยาศาสตร์จำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าขนาดที่ลดลงอย่างมากไม่ส่งผลกระทบต่อความน่าเชื่อถือของข้อมูลที่นาฬิกาสร้างขึ้น การทดสอบความเครียดที่เข้มงวดยืนยันว่าอุปกรณ์สามารถรักษาการอ่านเวลาได้อย่างแม่นยำ แม้ว่าจะต้องเผชิญกับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิอย่างกะทันหันและการสั่นสะเทือนทางกลที่รุนแรงในสภาพแวดล้อมที่ไม่เป็นมิตรก็ตาม

การดำเนินการบนพื้นฐานของการจำคุกประชากรที่สอดคล้องกัน

ความสำเร็จของการย่อขนาดเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ในวิธีการทางกายภาพที่ใช้ในการวัดเวลาที่ผ่านไป ทีมผู้เชี่ยวชาญซึ่งนำโดยศาสตราจารย์ Chen Jiehua จากศูนย์วิจัยเทคโนโลยีการนำทางและกำหนดตำแหน่งด้วยดาวเทียมของมหาวิทยาลัยหวู่ฮั่น ได้ละทิ้งเทคนิคทั่วไปที่อาศัยช่องไมโครเวฟ กลุ่มนี้นำวิธีการใหม่ที่เรียกว่าการจำคุกประชากรที่สอดคล้องกันมาใช้

ในรูปแบบปฏิบัติการใหม่นี้ ระบบจะใช้เซลล์ขนาดเล็กที่เต็มไปด้วยอะตอมของรูบิเดียม เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบมอดูเลตจะปล่อยลำแสงที่มีปฏิกิริยากับอะตอมเหล่านี้โดยตรง ทำให้เกิดความถี่ในการทำงานเฉพาะสองความถี่ เมื่อความถี่เหล่านี้อยู่ในแนวเดียวกันกับความแตกต่างของพลังงานระหว่างสถานะอะตอมของรูบิเดียม สถานะมืดจะก่อตัวขึ้น ปรากฏการณ์ทางกายภาพนี้ทำให้เกิดสัญญาณแสงที่มีความเสถียรสูง ซึ่งทำหน้าที่เป็นเวลาอ้างอิงหลักของอุปกรณ์

การเปลี่ยนชิ้นส่วนเครื่องจักรกลขนาดใหญ่และช่องต่างๆ ด้วยเลเซอร์ขนาดกะทัดรัดและเซลล์ที่มีโครงสร้างขนาดเล็ก ช่วยให้สามารถบูรณาการกลไกทั้งหมดในระดับชิปได้ ศาสตราจารย์ Chen Jiehua อธิบายว่าสถาปัตยกรรมแบบผสมผสานนี้ช่วยลดความจำเป็นในการใช้ส่วนประกอบที่ใช้พลังงานสูง โซลูชันทางเทคนิคช่วยให้มั่นใจได้ว่านาฬิกาอะตอมจะทำงานเป็นระยะเวลานานโดยใช้พลังงานเพียงเล็กน้อยเท่านั้นที่จำเป็นสำหรับระบบรุ่นก่อนหน้า

ผลกระทบโดยตรงต่อการทำงานของโดรนและการนำทางใต้น้ำ

ความแม่นยำทางเวลาขั้นสูงสุดมีบทบาทสำคัญในประสิทธิผลของการปฏิบัติการทางทหารสมัยใหม่และความปลอดภัยของการบินอัตโนมัติ นาฬิกาอะตอมขนาดกะทัดรัดช่วยเพิ่มความสามารถในการซิงโครไนซ์ที่จำเป็นสำหรับการประสานงานของโดรนหลายลำที่บินเป็นฝูง ในสถานการณ์ทางยุทธวิธี เสี้ยววินาทีของความแตกต่างระหว่างอุปกรณ์อาจส่งผลให้การสื่อสารล้มเหลวหรือสูญเสียการจัดตำแหน่งสัญญาณในขีปนาวุธนำวิถีความเร็วสูง

นวัตกรรมนี้ก่อให้เกิดประโยชน์อย่างมากต่อการสำรวจและการเคลื่อนย้ายในสภาพแวดล้อมทางทะเลที่ซับซ้อน การนำทางใต้น้ำเผชิญกับอุปสรรคร้ายแรงเนื่องจากความยากลำบากในการแพร่กระจายสัญญาณวิทยุและ GPS ใต้น้ำ อุปกรณ์ใหม่ดังกล่าวปรับปรุงการรับและประมวลผลข้อมูลจากระบบ BeiDou อย่างมีนัยสำคัญ ทำให้มั่นใจได้ว่าเรือดำน้ำและยานพาหนะทางน้ำไร้คนขับจะรักษาเส้นทางได้อย่างแม่นยำ แม้ว่าจะแยกออกจากฐานควบคุมพื้นผิวก็ตาม

ในภาคอวกาศ การใช้งานในดาวเทียมวงโคจรต่ำถือเป็นความก้าวหน้าทางยุทธศาสตร์ที่สำคัญอีกประการหนึ่ง ดาวเทียมที่ติดตั้งนาฬิกาอะตอมขนาดชิปสามารถรักษาตำแหน่งที่แม่นยำและการซิงโครไนซ์ข้อมูลโดยไม่ต้องอาศัยการอัพเดตอย่างต่อเนื่องที่ส่งมาจากสถานีภาคพื้นดิน ความเป็นอิสระในการปฏิบัติงานนี้จะช่วยลดความเสี่ยงของเครือข่ายการสื่อสาร และเพิ่มความยืดหยุ่นของโครงสร้างพื้นฐานการรับส่งข้อมูลระดับโลกที่สำคัญ

การผลิตตามขนาดพยายามทำให้ส่วนประกอบเลเซอร์มีราคาถูกลง

การขยายตัวครั้งใหญ่ของเทคโนโลยียังคงเผชิญกับความท้าทายทางเศรษฐกิจที่เชื่อมโยงกับห่วงโซ่อุปทานเฉพาะทาง ต้นทุนการผลิตส่วนประกอบเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ยังคงสูง ซึ่งจะทำให้มูลค่าสุดท้ายของหน่วยนาฬิกาอะตอมแต่ละหน่วยเพิ่มขึ้น ขณะนี้ทีมวิศวกรกำลังทำงานเพื่อปรับปรุงวิธีการประกอบเพื่อทำให้การผลิตถูกลง โดยไม่กระทบต่อความเสถียรของสัญญาณออปติคอล

เพื่อให้เกิดการค้าและเร่งการนำเทคโนโลยีไปใช้ นักวิจัยได้ก่อตั้งบริษัท Taifs (Wuhan) Technology Co. ซึ่งรับผิดชอบในการจัดการสายการประกอบ โครงการริเริ่มนี้ได้รับการสนับสนุนทางการเงินและลอจิสติกส์โดยตรงจากกลุ่มอุตสาหกรรมแม่น้ำแยงซีที่รัฐเป็นเจ้าของ ความร่วมมือเชิงกลยุทธ์จะจัดหาทรัพยากรที่จำเป็นในการลงทุนในระบบอัตโนมัติในโรงงานที่สมบูรณ์ ซึ่งจะทำให้ต้นทุนคงที่ลดลงตลอดวงจรการผลิตทางอุตสาหกรรมถัดไป

ความคาดหวังของภาคเทคโนโลยีคือการลดราคาอย่างต่อเนื่องจะปูทางไปสู่การใช้งานอุปกรณ์ในวงกว้าง การรวมนาฬิกาเหล่านี้เข้ากับอินเทอร์เฟซมาตรฐานช่วยอำนวยความสะดวกในการนำไปใช้โดยผู้ผลิตรถยนต์อิสระเชิงพาณิชย์และผู้ให้บริการเครือข่ายโทรคมนาคมรุ่นต่อไป จุดสนใจในทันทีของบริษัทที่เกี่ยวข้องยังคงเป็นการรวมกำลังการผลิตและการตรวจสอบความถูกต้องของฮาร์ดแวร์ในสภาพแวดล้อมการทำงานจริงและสุดขั้ว