在原子计时的复杂世界中，精度和小型化至关重要。Yuan-Yu Jau博士最近在美国Sandia国家实验室的努力正在突破极限，旨在生产世界上最小的原子钟，这种设备可以从根本上重新定义原子计时的界限。

Yuan-Yu Jau博士和Sandia的原子钟任务

在Sandia国家实验室，Yuan-Yu  Jau博士开始了一段雄心勃勃的旅程，设计一个比糖块还小的原子钟。国防高级研究项目局（DARPA）一直对这些微型时计非常感兴趣，推动了研究团队之间的 竞赛，以制作尽可能紧凑、最精确的时钟。DARPA的目标是一个体积不超过1立方厘米的设备，与当前的原子钟相比显著小型化。Jau博士的核心设计已经超越了这一要求，旨在实现一个只有1厘米长、2毫米宽和2毫米高的设备。这相当于总体积为令人印象深刻的0.04立方厘米。

从历史上看，Sandia实验室对这个游戏并不陌生。在21世纪初，他们在芯片尺寸原子钟（ Chip Scale Atomic Clock, CSAC）的开发中发挥了重要作用，该时钟约为17立方厘米，仅比火柴盒大一点。CSAC是当时开创性的发明，是商业上最小的原子钟。

Jau博士的时钟是如何工作的？

顾名思义，原子钟的精度来自原子。原子钟不利用原子的一致振动，从而达到前所未有的准确度。传统的原子钟可以根据原子周围电子发出的电磁信号来测量时间。

Jau博士的创新源于他十六年前设计的原型。这个原型被称为激光原子振荡器（laser atomic oscillator），利用激光穿过钾原子云产生时钟般的脉冲。与许多需要外部电子设备（支持硬件）才能运行的原子钟不同，Jau博士的振荡器可以自立运行的（self-contained），消除了对笨重、耗费空间的电子配件的需求。他正在Sandia实验室进一步简化种设计，从钾原子切换到铯，并利用先进的机械来实现进一步小型化。

比较：芯片级光束时钟

芯片级光束钟（Chip-Scale Beam Clocks）在微型原子钟领域也占有一席之地。这些设备是原子钟的专门变体，其中原子束通过真空室推进。在起始线上，原子的量子状态被设定，启动它们的“滴答信号（ticking）”或振动。这个滴答率（ticking rate）在终点线测量或被“读出”。

美国国家标准与技术研究所（NIST）与佐治亚理工学院研究人员合作，最近开发了芯片级光束时钟。这些设备是一件了不起的工程，成功地将原子束时钟的传统大型真空室浓缩到邮票的大小。

然而，当涉及原始精度时，传统的原子钟，如Yuan-Yu Jau正在开发的原子钟，通常具有优势。虽然芯片级光束时钟的紧凑和节能令人印象深刻，但它们目前的精度还达不到传统类型原子钟的精度。但芯片级光束时钟提供了令人难以置信的便携性和准确性的融合。

总之，Yuan-Yu Jau博士在Sandia实验室的原子钟项目体现了对计时精度的追求。虽然他的设计 不是研究领域中唯一的微型原子钟，但其独特的设计元素和非凡的尺寸使其成为原子钟竞赛的著名参赛者。

相比之下，芯片级光束时钟代表了不同的创新途径，实现了尺寸和性能之间的精细平衡。然而，随着研究的进步和技术的发展，两者之间的差距可能会缩小，我们可以在这个迷人的原子计时领域看到更多突破性的进步。