科学探索|DARPA的ROCKn计划旨在使光学原子钟便于携带 DARPA的ROCKn计划旨在使光学原子

DARPA宣布了一项名为"强大的光学时钟网络（ROCKN）"的新计划，该计划将寻求开发一种实用的、超级精确的光学原子钟，其坚固性和体积都足以装入军用飞机、军舰或野战车辆。我们的世界是一个按时间运行的世界，但我们往往不知道这一让社会运转的基础规则需要有多精确。

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在铁路的黄金时代，公司会以火车能在时间表的一分钟内到达为荣。今天，我们认为一块手表如果能精确到秒，就是非常好的产品，但对现代工程师和科学家来说，这就像用打桩机做脑外科手术一样，是完全不可以接受的精度水平。
现代系统，如互联网、全球定位系统和其他系统，要求计时的准确度不是以秒或毫秒计算，而是以纳秒计算。例如，在一般的工程应用中，这是必要的，以便数字系统能够适当地同步。如果不是这样，就不可能从一个地方向另一个地方发送数据，而不会出现大部分信息包丢失或在目的地变成一堆乱码的情况。
对于军事应用来说，情况甚至更糟。现代军队越来越多地参与到网络战领域，这是需要精确时钟的一个明显原因，但即使是传统的战争也需要纳秒级的精度，因为军事资产必须在极端的范围内、极端的速度下运作，并以极端的精度进行打击。十亿分之一秒的误差可能导致弹药与目标相差一米，这在现代标准中是不可接受的，而类似的误差可能使飞机危险地偏离航线。
另一个原因是，现代军队在导航和时间同步方面都严重依赖GPS 。然而，GPS并不总是可用的。它也可能被干扰或欺骗，所以现场设备需要能够在有限的时间内独立于该系统运行。
为了产生所需的精度，常用的解决方案是原子钟，它基于测量像铯这样的原子从一种能量状态变化到另一种能量状态时的频率。通过使用这一频率作为起点，现在有可能以每3171万年增减一秒的精度来定义一秒。
不幸的是，即使这样也不够准确。我们需要的是精确到万亿分之一秒的时钟，因此在过去30年里，人们一直在共同努力使原子钟更加精确。忽略很多技术细节，传统原子钟的工作原理是使用一束微波来测量目标原子的频率，但是通过用光来取代微波，其精确度可以提高100倍。事实上，这样的光学钟是如此精确，以至于最先进的光学钟在整个宇宙的寿命中不会增加或减少一秒。
这样的光学原子钟已经建成，但它们仍然是巨大的、精致的、充满房间的机器，对于军事应用并不实用。DARPA的ROCKn计划的目标是研究光学钟背后原理的基本物理学，并找到一种方法来制造具有低尺寸、低重量和低功率（SWaP）的光学原子钟。不仅如此，它们将比目前最先进的原子钟更加精确和准确。
为了做到这一点，ROCKn将首先着眼于生产一个坚固的、高精度的小型便携式光学钟，它可以在100秒内保持皮秒级的精度。这种时钟将足够小，可以安装在战斗机或卫星上，并且足够坚固，可以承受这种环境中的温度、加速度和振动噪音。
第二阶段的目标是创造一个更大的可运输版本，可用于海军舰艇或野外单位，在没有外部GPS信号的情况下，精确到纳秒，时间长达30天。
【科学探索|DARPA的ROCKn计划旨在使光学原子钟便于携带】"DARPA国防科学办公室的项目经理Tatjana Curcic说："我们的目标是将光学原子钟从精心设计的实验室配置过渡到可以在实验室外运行的小型和坚固的版本。如果我们成功的话，这些光学时钟将比现有的微波原子钟的精度提高100倍，或减少计时误差，并证明纳秒计时精度的保持时间从几小时到一个月都有改善。这项计划可以创造许多关键技术、部件和演示，从而形成潜在的未来网络时钟架构" 。