科研新突破：超小芯片提升GPS精度1000倍！
科研新突破：超小芯片提升GPS精度1000倍！
近期，美国普渡大学和瑞典查尔姆斯理工大学的科学家们在原子钟技术领域取得重大突破。他们研发出一种基于微梳芯片的新型光学原子钟系统，不仅将体积缩小至毫米级，更将GPS定位精度提升了1000倍。这一突破有望彻底改变现有的定位系统，为自动驾驶、地球监测等领域带来革命性进展。
原子钟是精确计时的关键，我们日常使用的手机、电脑，还有定位导航都离不开它。全球400多台原子钟为这些设备提供了高精度的时间和定位。其中，光学原子钟的计时精度极高，理论上能将计时和GPS精度提升1000倍，让手机、电脑的定位更加精准，导航系统也会更精确。但之前光学原子钟体型庞大，结构复杂，只能在实验室里使用，很难应用到实际生活中。
这次科学家们的秘密武器，就是一种叫微梳的微小芯片。微梳能产生像梳子齿一样均匀分布的光频率。通过把微梳的一个频率锁定到超窄线宽的激光上，再让激光与原子的稳定振荡频率相连，微梳就像一座桥梁，把原子在光频率下的振荡和能被电子设备检测到的射频时钟信号连接起来，实现了超高精度计时。而且，科学家们研发的光子芯片里有40个微梳发生器，宽度却只有5毫米，成功让光学原子钟系统大幅缩小。
普渡大学的齐明浩教授表示：“现在的原子钟让GPS定位精度在几米左右，要是用上光学原子钟，精度能达到几厘米。这不仅能提升车辆自动驾驶的安全性，还能让所有基于定位的电子设备更精准。而且，光学原子钟还能监测到地球表面极微小的纬度变化，像火山活动监测都能用到。”
不过，研发过程并非一帆风顺。要让整个系统稳定，还要让微梳频率和原子钟信号精确匹配，这可不是件容易的事。科学家们发现，只用一个微梳不行，于是他们把两个微梳配对，这两个微梳相邻频率间隔有细微差别，比如相差20GHz，这个差值就成了能被电子设备检测到的时钟信号，成功解决了难题。
此外，新系统还用上了集成光子学技术，把光学原子钟里的各种光学部件，像频率梳、原子源、激光器等，都集成到了小小的光子芯片上，进一步缩小了系统的体积和重量。
目前这项技术还在不断完善，虽然离大规模生产和普及还有一些距离，但科学家们相信，随着材料和制造技术的进步，未来超精准计时功能很可能成为手机、电脑的标配。到那时，我们的生活将变得更加便利和智能！
这项研究成果已经发表在《自然·光子学》杂志上，期待它能早日走进我们的生活。
参考资料：DOI： 10.1038/s41566-025-01617-0