美國突破性微芯片問世！或從底層改變一切，帶來人類巨大進步！-科學-漫步新聞-陪你看看

這可能又是一個不得了的突破，具體有多了不得，我現在還不好說，因爲它剛剛纔發表在《自然》雜誌上，還沒有人告訴我們，它到底會帶來怎樣的改變。但它很可能是革命性的，未來我們所用的很多東西，可能都將因它而變得更好，比如GPS導航、手機電話、互聯網連接、無人駕駛、音視頻處理、醫療成像、量子通信、量子計算、精密儀器甚至雷達、天文望遠鏡等等，因爲它可以減少“時間抖動”，從最基底的層面來改變我們的一切。

是不是不怎麼明白？打個比喻就是說，以前我們需要顯微鏡才能看到微生物的圖像，現在帶上一副隱形眼鏡，你眼睛的分辨率就可以提高十倍、百倍乃至千倍以上，從而可以直接看清細菌病毒，是不是巨大的突破？所有人看世界的方式都有可能改變。

這項發明來自美國國家標準技術研究院（NIST），他們和NASA、加州理工，科羅拉多大學博爾德分校，耶魯大學、加州大學聖巴巴拉分校，弗吉尼亞大學等6家機構和大學合作，開發出了一種新的革命性計時微芯片，可以把光無縫轉換爲微波，從而顯著提高各種依賴高精度計時和通信的設備的精度。

首先我們要知道，我們周圍的一切，整個世界都建立在時間和空間的基礎上，所有的運動都是時間和空間的變化，作爲生命的我們，以及我們創建的各種設備，對時間和空間的感知越精細，對運動的控制就越精確。比如你能看清病毒了，是不是就更容易消滅它們了呢？

科學家們一直在探索如何更精確和高效地感知時間。此前，他們通過一種叫做頻率梳的工具，從穩定光源來生成低噪聲微波信號，從而提高設備的計時精度。頻率梳，就像它的名字一樣，可以產生一系列精確間隔的頻率點，就像梳子上整齊排列的梳齒一樣。這些頻率點可以作爲高精度的計時標準，幫助我們的科技設備更加精確地工作。

然而，傳統的頻率梳技術有着很大的侷限。它們通常依賴龐大的光學設備，體積可能會達到數十升，不僅增加了成本，也限制了它們在更小、更便攜設備中的應用。另外，這些系統的功耗也相對較高，可能會達到千瓦以上，這意味着它們在很多情況下都不太實際，尤其是在那些電源供應有限或者需要長時間運行的環境中。

正是在這樣的背景下，美國國家標準技術研究院（NIST）利用集成光子技術，採用了一種全新的方法——兩點光頻率分割，成功地在微芯片上生成了低噪聲微波信號。這種方法的核心在於，它使用了非常小的、集成在芯片上的光學元件。這些元件，包括半導體激光器和一個新型的F-P腔，可以被集成到小於1立方厘米的空間內，並且不需要進行高真空封裝。這種優化組合不僅大幅降低了半導體激光器的頻率噪聲，而且通過自注入鎖定（SIL）技術，將信號鎖定一個到高品質因數（Q值）的氮化硅（Si3N4）螺旋諧振器上，進一步通過PDH鎖定技術鎖定到一個微型F-P腔，從而實現更進一步的噪聲減少。

通過這一系列創新技術的應用，NIST的研究人員實現了顯著的時間精度和穩定性提升，將時間抖動控制在了15飛秒，也就是千萬億分之15秒內。這個成就標誌着前所未有的微波相位噪聲水平，可能對高精度計時和通信技術的發展產生深遠影響。

這樣說可能太複雜了，絕大多數人都聽不懂，簡單來說，就是NIST把原來佔據龐大體積的組件，集成到了小於1立方厘米的微芯片裏，顯著降低了微波信號計時中的微小隨機變化——也就是所謂的“時間抖動”。這種時間抖動的減少，意味着能夠提供更精確的時間控制，爲各種設備帶來了前所未有的精確度，正如以前要用顯微鏡，現在通過隱形眼鏡就能讓我們的眼睛直接看到細菌一樣。

這個微芯片我感覺太重要了，很可能是革命性的，就像GPS和其他傳感器一樣，未來可能會成爲很多設備不可或缺的一部分，讓整個人類社會在更高的精度範圍內運行。想當年，第一個軍用GPS模塊重達100多公斤，第一個商用模塊也有數十公斤，隨着集成電路技術的發展，GPS模塊也越來越小，現在已經可以和芯片及其他傳感器集成在一起了，這種計時微芯片的問世，有可能就是另一個技術飛躍的起點，引發各種新應用的湧現。