供稿人：徐大春
2026年6月5日，宁波国际会议中心。一台紧凑精密的设备在聚光灯下掀开了幕布，它看起来不像一座高耸的工业装置，更像一件经过精心折叠的精密仪器。这是克洛量子科技（浙江）有限公司与中国科学院上海光学精密机械研究所联合研制的全球首台“可移动铷喷泉原子钟”。两个小时的发布会并不长，但能装进这段时长里的意义却足够深远，从核心部件到整机系统，从底层原理到产业化路径，中国在量子精密测量领域的这一枚落子，意味着长期受制于人的“卡脖子”难题迎来了系统性突破，也意味着“北京时间”的每一次跳动，终于可以用完全属于自己的方式去守护。
原子钟，在许多人听来是一个遥远而陌生的词汇。但它与日常生活的联系远比想象中更紧密。卫星导航需要原子钟提供纳秒级的时间基准才能实现米级定位精度，电网的并网运行依赖高精度时间同步才能避免系统性故障，金融交易的毫秒级成交记录同样离不开统一的授时服务。在更前沿的战场上，导弹制导、战场协同、通信加密，无一不与时间频率基准的绝对可靠直接挂钩。原子钟是一个国家战略资源的组成之一，面对6G通信、深海探测、基础物理等前沿领域对极限精度的持续逼近，高精度原子钟的自主研发能力早已是不可回避的关键命题。
然而在很长一段时间里，这项能力恰恰是中国时频领域的最大短板。长期以来，国内自产设备在核心性能上与国际最先进水平存在差距，同时国际最先进的高性能原子钟一直处于出口管制和技术封锁之中。更根本的问题在于，即便拥有技术能力，传统喷泉原子钟的体积、环境敏感性和脆弱性也让它不可能走出实验室。传统喷泉钟通常高达两三米，重达数吨，内部布满极其复杂脆弱的激光光路、真空系统和磁屏蔽设备，哪怕实验室外驶过一辆卡车引起的微小震动，或者环境温度零点几度的波动，都能导致光路偏移、原子钟罢工。这种动辄需要占据整个房间的庞然大物，只能被死死固定在国家计量院的地下实验室里，长期以一种“高不可攀”的姿态处于静态守时设备的角色中。
而宁波发布的这台设备，正是要让顶级时频精度从实验室“解放”出来，破解被长期“卡脖子”的技术难题。其核心技术路径绕不开“铷喷泉”三个字里的精妙设计。原子钟的原理并不难理解，即原子内部的电子在不同能级间跃迁时，会吸收或释放特定频率的电磁波。根据量子力学的基本规律，这种跃迁频率是绝对恒定的，因此可以作为一种极其稳定的“节拍器”用来计时。传统钟表靠钟摆的摆动或石英晶体的振荡来计时，但这些宏观物体的振动频率极易受温度、湿度和机械磨损的影响，精度天然受限。喷泉钟则代表了一条完全不同的技术路线。
在真实的工作过程中，科学家首先用六束激光从不同方向照射铷原子，将其“冻结”到接近绝对零度的状态，此时原子的热运动速度从每秒数百米骤降至每秒几厘米。底部的激光随后将这团冷原子垂直向上“抛”起，原子团在重力作用下向上飞行，穿过一个充满微波的微波腔，到达最高点后自由落体，再次穿过微波腔。这种“一上一下”的抛物线运动，在视觉上如同公园里的喷泉，喷泉钟的名称也由此而来。相比传统原子钟让原子水平飞过微波腔、仅有一次极短的相互作用时间，“喷泉”设计利用重力使原子与微波作用两次，测量时间大幅延长，精度实现了指数级飞跃。
然而，要实现“可移动”版本，不能只追求精度，还得设法把这一整套仪器塞进一个紧凑且抗干扰的工程框架里。科学家们通过极其硬核的工程技术，将庞大的激光系统、真空腔体进行了极限微缩和加固，不仅大幅缩小了体积，还赋予了设备极强的抗震和抗温变能力，能够在复杂野外环境下稳定作业。把原本需要占据整个房间的超级计算机，做成可以随车移动甚至快速布设的野外装备，其工程难度在量子精密测量领域堪称登峰造极。
中国科学院国家授时中心主任张首刚在发布会上介绍了该设备的技术优势。铷喷泉钟的频率稳定度优于小铯钟，频率漂移率优于氢钟。综合利用三种原子钟进行时间产生保持，有利于提高国家标准时间的稳定度性能。这意味着，可移动铷喷泉原子钟一旦纳入国家授时体系，能够补齐我国守时钟装备谱系中“可移动高精度”的那块短板，让守时设备从“固定的摆设”变成“机动的前哨”。从这一角度看，这台原子钟不仅是技术层面的新产物，更是时间频率领域从“刚性守时”迈向“弹性部署”的战略节点。
中国科学院上海光学精密机械研究所吕德胜研究员在发布会现场提到了更为直观的应用框架。该设备能够在复杂环境下完成运输与野外作业，为国防安全、深空探测、金融交易、电力系统、通信网络等对时间极度敏感的领域，提供不依赖外部信号的自主守时能力。不依赖外部信号，这句话道出了自主可控的核心含义。在强电磁对抗或外部授时链路被切断的极端场景下，一个具备高精度自主守时能力的移动时间基准，能在第一时间为关键系统的连续运行提供根本保障。
可移动铷喷泉原子钟的应用范围覆盖了多个重要领域。在国家守时授时体系中，它可以作为机动时间基准，在需要的时间节点布设到需要的场地，强化授时体系的冗余度和弹性。在卫星导航系统中，它能为北斗系统提供更高精度的地面时间基准支撑。在5G/6G通信基准领域，通信网络对时间同步精度的要求在毫秒级甚至微秒级，高精度原子钟的加入意味着通信链路能够以更精准的相位同步实现更高的频谱效率和更低的传输延迟。在国防科技领域，自主守时能力意味着在脱离GPS或其他外部授时信号的环境中，作战系统仍然能够实现纳秒级的时间同步。而在深空探测任务中，在远离地球的深空飞行器需要依靠自身携带的精密时频基准完成超远距离的导航定位，这台可移动原子钟的自主守时特性也为未来的载人登月、火星探测等任务提供了地面端的精密时间保障。
发布会当天，国家授时中心与克洛量子签署了首台意向采购协议，“可移动铷喷泉原子钟”正式进入国家关键基础设施的采购序列。从产业资本层面看，中信证券金石基金为项目提供了全链条产业化支撑，助力企业搭建高端人才队伍、推进技术迭代与产线建设，打通了科技成果量产转化的堵点。依托完整自研产业链，企业正在稳步推进量产，助力我国牢牢守住时间主权。
从更宏观的坐标来看，中国的原子钟及守时能力建设其实已经耕耘多年。张首刚在发布会上提到，我国不仅研制了世界先进的光抽运小铯钟、冷原子铯喷泉基准钟和冷原子铷喷泉守时钟等各类原子钟，还建有基于地球自转的世界时测量系统，“我国是世界上第二个自主掌握守时核心设备研发的国家，守时水平世界领先”。而早在2024年1月起，国家标准时间“北京时间”与协调世界时（UTC）的偏差就已稳定在1.5纳秒左右，准确度达到国际先进水平。在此基础上，可移动铷喷泉原子钟的问世，进一步完善了从固定基准到机动基准的全谱系守时能力。
在国际竞争层面，精密时频领域一直是全球科技强国的必争之地。近年来，美国国家标准与技术研究院（NIST）在光钟领域屡创精度纪录，并推出了多种紧凑型光学原子钟。中国此次在可移动铷喷泉原子钟领域率先实现全球首台发布，标志着中国在量子精密测量的工程化和移动化方向上占得先机。铷喷泉钟相较于光学钟，在功耗、体积和系统复杂度方面更具工程部署优势，在需要长期自主运行、恶劣环境适应的应用场景中反而具备更强的可操作性。
一台小小的可移动铷喷泉原子钟，实际上是中国量子科技成果转化的一条缩影。它集成了激光冷却与捕获技术、超高真空系统、微波谐振腔、磁屏蔽装置等多个尖端专业领域的进步，将这些分立的成果整合为一套高精度、可运输、可部署的完整产品。中科院上海光机所与克洛量子的联合研制模式，即科研院所提供原创性基础研究支撑，企业承担工程化、产品化与产业化落地，也为其他硬科技领域的“研产贯通”探索出了一条可持续的合作路径。
从实验室里高耸的金属装置，到能够随车部署并快速投入使用的紧凑仪器，可移动铷喷泉原子钟所跨越的不仅是空间距离，更是中国时频领域从追赶、并行到逐步引领的进程。在数字经济加速发展、尖端产业对时间精度需求不断攀升的今天，守时能力已经从基础设施的“幕后配角”上升为国家战略竞争力的“显性指标”。当“北京时间”的每一次跳动都可以用这台移动原子钟在任何一个场地精准复现，时间主权便不再是一个抽象的概念，而是一台又一台可移动设备在实际应用中的可靠响应。这既是量子精密测量的中国答卷，也是我国在核心技术自主创新这条长路上，又一步扎实的推进。