21年，武汉造出全球最小！

3万余年，误差不到1秒……

这颗指甲盖大小的“时间心脏”，

正在武汉的研究中心里跳动。

它的名字叫芯片原子钟。

而为了这一刻，

武汉团队走了整整21年。

最小的芯片原子钟小巧玲珑。记者胡冬冬 摄

01

21年“破壁”，从0到指甲盖大小的“时间心脏”

“这款2.3毫升型号，是目前全球体积最小的芯片原子钟，主要性能与美国同类商用产品相当，但体积只有其七分之一。”陈杰华轻轻托起其中一枚芯片原子钟，指腹摩过金属外壳，像托着一件打磨多年的工艺品。

陈杰华教授（左一）团队讨论一款正在测试的原子钟产品。记者胡冬冬 摄

体积虽小，精度却惊人。陈杰华介绍，该款原子钟精度可达10⁻¹¹至10⁻¹²量级，三万余年累计误差不足1秒，整机功耗更低于200毫瓦，单块电池便能支撑微小卫星长期在轨。

翻开原子钟的技术档案，早年设备动辄占据整个机柜，即便经过数代工程瘦身，核心部件——那个用于囚禁原子的微波腔，依然像个固执的“大块头”，整机功耗动辄十几瓦。

陈杰华团队另辟蹊径，摒弃传统腔体路径，依靠两束调制激光精准操控原子，将原子钟从“台式机”压缩至“小方糖”。

这颗“小方糖”看似轻巧，却关乎时间这个最底层的命脉。

导航、航天、通信，任何系统离开精准的时间基准都会失灵。

2004年，我国北斗建设正吃紧，微型原子频标却全部依赖进口，美国严密封锁，国内连技术积累都没有。

正是在这种“无路可退”的绝境下，一位刚踏入该领域的青年学者，把目光投向了当时国际上尚属前沿的CPT原子钟。这条路无人领航，也无人喝彩，他却决定用一生去蹚。

从中国科学院精密测量科学与技术创新研究院，到武汉大学卫星导航定位技术研究中心，陈杰华始终锚定CPT原子钟这一课题。

没有人能预料到，这将是一场跨越21年的“马拉松”。

最小的芯片原子钟，接近指甲盖大小。记者胡冬冬 摄

“这是一场漫长的跋涉。”陈杰华感叹。从0到1，他们用了七八年做出原创成果；从1到N，实现稳定量产与客源，又花了十多年。

2007年，国内首台CPT原子钟问世；2013年，首款芯片原子钟样机出炉，打破海外垄断；历经多轮迭代，去年，他们终将体积压缩至2.3毫升的全球之最。

去年4月，两颗搭载芯片原子钟的低轨卫星成功入轨，至今在轨工况全部正常，全国仅此一家实现星上搭载应用。

据悉，武汉大学自研珞珈五号卫星、国内星云低轨星座，也计划以此替换原有进口器件。

武汉，依托测绘遥感全球第一的学科底蕴，在低轨卫星星座建设提速的当下，将传统测绘优势与量子精密测量技术深度融合，正加速抢占“低轨卫星+时空智能”的全球制高点。

02

用千万次测试“磨”出千万元销量

展厅一侧，整面蓝色墙壁如同摊开的编年史，展品与文字逐一标注着从2004年启动到去年卫星搭载的每一处关键节点。陈杰华站在这面墙前，抬手指向2017年，团队完成工程化落地的那一年。

“就是从这一年开始，我们正式从科研转向产业化。”他说。

武汉大学卫星导航定位技术研究中心。记者陈晓彤 摄

“2017年之前，我们做的是科研，吃透原理、做出样机就算完成任务。但2017年之后，我们要做的是工业产品，一万次使用中要保证九千九百九十九次零故障，才算摸到产业化的门槛。”陈杰华说。

他转身从展柜里取出一个早期样机，外壳上还留着当年手工焊接的痕迹。“你看这个，当时两根信号引脚之间的串扰，花了我们七八个月。实验室电磁环境干净，两根线相安无事。但只要外部射频场强超过某个阈值，信号相互干扰，系统就会崩溃。”

那七八个月里，团队每天做无数次对照实验，排除了上百种可能性。所有人濒临崩溃，不知道问题出在哪里，甚至不确定它到底存不存在。

“一旦找到原因，解决起来很简单；但找不到的时候，它就是无底洞。”陈杰华说。

2018年夏天，更大的考验来了。茫茫沙漠里，一辆装甲车停在烈日下，团队的几名科研人员蹲在旁边调试设备。那年夏天，他们把原子钟样机装进装甲车奔赴野外演习场。

出发前，实验室各项指标全部达标。可装甲车在沙漠地表连续行驶十余小时后，设备频繁失灵。车内温差跨越零下二十摄氏度至六十摄氏度，履带持续震动冲击内部光路电路。

科研人员扛着示波器、测试仪器驻扎军营整整一个月，白天跑车采集数据，夜里分析波形、反复复现故障，优化结构。上百种可能性逐一被排除，装甲车载的原子钟才算彻底攻克高低温与振动耦合失效问题。

航天产品的可靠性验证更烧钱、烧时间。太空高能粒子可能引发芯片单粒子反转，直接造成计时系统紊乱。这个风险不解决，器件上不了天。

团队累计投入数十万元，开展十余轮辐射模拟专项试验，逐条核验测试数据，硬生生筑起太空运行的安全底线。

这期间，有人离开，有人留下。留下的，慢慢等到了那束光。

展墙中间，2021年的节点下，“世界体积最小的芯片原子钟”几个字格外引人注目。

从那以后，企业大事记逐渐加密：2024年开展星载芯片原子钟研究，去年星载芯片原子钟首次在轨测试，同年销售额破千万元，今年还在持续增长。

03

从“追着人跑”到“被人追着问”

“这周刚有一家上市公司主动添加微信，咨询批量采购方案。”中科泰菲斯生产主管程苗锐掏出手机，不断刷新的客户咨询消息塞满了对话框。他言语间满是感慨。

2017年，首批商用样机下线时，国内各行业长期使用进口原子钟，圈层固化，客户更换供应商意愿几乎为零。团队没有成熟市场渠道，只能靠市场人员逐一上门拜访高校、科研院所、装备企业，硬着头皮推介国产自研产品。

“我们这群人常年泡在实验室搞研发，并不擅长市场开拓。”程苗锐笑着摇摇头，“但想要让实验室成果真正落地，只能一步一步上门跑客户。”

凭借体积、功耗、精度综合优势，国产芯片原子钟在多轮对比测试中逐步积累口碑。

2021年，程苗锐第一次收到客户主动发来的消息，希望了解芯片原子钟产品。从那以后，市场局面彻底打开。

客户名单里，既有科研院所的项目负责人，也有电力监测设备的民企工程师。“以前是我们追着人家跑，现在是人家追着我们问。”程苗锐说着，嘴角不自觉地扬了一下。

2024年，长江产业集团通过长江北斗持股中科泰菲斯超20%，从资金到供应链全方位介入，加速产业化落地。投资方主动找上门洽谈的，也越来越多。

“该芯片原子钟已全面支撑国内低轨星网建设，在卫星精准计时与星间链路同步层面实现国产替代，打破国外垄断，同时芯片原子钟的应用场景并不仅仅局限于卫星，正一步步走向大众生活。”武汉量科芯国科技有限公司副总经理袁起立说。

面向未来，团队将目光投向更深处——海洋。以无人潜航器为代表的新一代小型水下装备，对体积和功耗有着极为苛刻的要求，且水下无法依赖卫星导航，必须依靠自身携带的自主频率源。

团队已将芯片原子钟压缩至能够“下海”的程度，为无人潜航器在深海长时间隐蔽航行提供高精度自主守时保障，让水下精确定位不再依赖浮出水面。

此外，芯片原子钟还在5G/6G基站、电力电网、车路协同等场景持续拓展，把“武汉时间”刻进更广阔的疆域。

“量子精密测量被列为国家未来重点发展产业。我们的目标，就是把国家核心领域的‘时间话语权’牢牢掌握在中国人自己手中。”陈杰华说。

21年，陈杰华和他的团队，把“武汉”两个字，刻进了数百公里高空的每一秒里。

这条路，他们闯出来了，但远未到终点。

来源：长江日报