DARPA宣布了一項(xiàng)名為"強(qiáng)大的光學(xué)時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)（ROCKN）"的新計(jì)劃，該計(jì)劃將尋求開(kāi)發(fā)一種實(shí)用的、超級(jí)精確的光學(xué)原子鐘，其堅(jiān)固性和體積都足以裝入軍用飛機(jī)、軍艦或野戰(zhàn)車輛。我們的世界是一個(gè)按時(shí)間運(yùn)行的世界，但我們往往不知道這一讓社會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)規(guī)則需要有多精確。

在鐵路的黃金時(shí)代，公司會(huì)以火車能在時(shí)間表的一分鐘內(nèi)到達(dá)為榮。今天，我們認(rèn)為一塊手表如果能精確到秒，就是非常好的產(chǎn)品，但對(duì)現(xiàn)代工程師和科學(xué)家來(lái)說(shuō)，這就像用打樁機(jī)做腦外科手術(shù)一樣，是完全不可以接受的精度水平。

現(xiàn)代系統(tǒng)，如互聯(lián)網(wǎng)、全球定位系統(tǒng)和其他系統(tǒng)，要求計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確度不是以秒或毫秒計(jì)算，而是以納秒計(jì)算。例如，在一般的工程應(yīng)用中，這是必要的，以便數(shù)字系統(tǒng)能夠適當(dāng)?shù)赝健Ｈ绻皇沁@樣，就不可能從一個(gè)地方向另一個(gè)地方發(fā)送數(shù)據(jù)，而不會(huì)出現(xiàn)大部分信息包丟失或在目的地變成一堆亂碼的情況。

對(duì)于軍事應(yīng)用來(lái)說(shuō)，情況甚至更糟?，F(xiàn)代軍隊(duì)越來(lái)越多地參與到網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)領(lǐng)域，這是需要精確時(shí)鐘的一個(gè)明顯原因，但即使是傳統(tǒng)的戰(zhàn)爭(zhēng)也需要納秒級(jí)的精度，因?yàn)檐娛沦Y產(chǎn)必須在極端的范圍內(nèi)、極端的速度下運(yùn)作，并以極端的精度進(jìn)行打擊。十億分之一秒的誤差可能導(dǎo)致彈藥與目標(biāo)相差一米，這在現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)中是不可接受的，而類似的誤差可能使飛機(jī)危險(xiǎn)地偏離航線。

另一個(gè)原因是，現(xiàn)代軍隊(duì)在導(dǎo)航和時(shí)間同步方面都嚴(yán)重依賴GPS。然而，GPS并不總是可用的。它也可能被干擾或欺騙，所以現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備需要能夠在有限的時(shí)間內(nèi)獨(dú)立于該系統(tǒng)運(yùn)行。

為了產(chǎn)生所需的精度，常用的解決方案是原子鐘，它基于測(cè)量像銫這樣的原子從一種能量狀態(tài)變化到另一種能量狀態(tài)時(shí)的頻率。通過(guò)使用這一頻率作為起點(diǎn)，現(xiàn)在有可能以每3171萬(wàn)年增減一秒的精度來(lái)定義一秒。

不幸的是，即使這樣也不夠準(zhǔn)確。我們需要的是精確到萬(wàn)億分之一秒的時(shí)鐘，因此在過(guò)去30年里，人們一直在共同努力使原子鐘更加精確。忽略很多技術(shù)細(xì)節(jié)，傳統(tǒng)原子鐘的工作原理是使用一束微波來(lái)測(cè)量目標(biāo)原子的頻率，但是通過(guò)用光來(lái)取代微波，其精確度可以提高100倍。事實(shí)上，這樣的光學(xué)鐘是如此精確，以至于最先進(jìn)的光學(xué)鐘在整個(gè)宇宙的壽命中不會(huì)增加或減少一秒。

這樣的光學(xué)原子鐘已經(jīng)建成，但它們?nèi)匀皇蔷薮蟮摹⒕碌?、充滿房間的機(jī)器，對(duì)于軍事應(yīng)用并不實(shí)用。DARPA的ROCKn計(jì)劃的目標(biāo)是研究光學(xué)鐘背后原理的基本物理學(xué)，并找到一種方法來(lái)制造具有低尺寸、低重量和低功率（SWaP）的光學(xué)原子鐘。不僅如此，它們將比目前最先進(jìn)的原子鐘更加精確和準(zhǔn)確。

為了做到這一點(diǎn)，ROCKn將首先著眼于生產(chǎn)一個(gè)堅(jiān)固的、高精度的小型便攜式光學(xué)鐘，它可以在100秒內(nèi)保持皮秒級(jí)的精度。這種時(shí)鐘將足夠小，可以安裝在戰(zhàn)斗機(jī)或衛(wèi)星上，并且足夠堅(jiān)固，可以承受這種環(huán)境中的溫度、加速度和振動(dòng)噪音。

第二階段的目標(biāo)是創(chuàng)造一個(gè)更大的可運(yùn)輸版本，可用于海軍艦艇或野外單位，在沒(méi)有外部GPS信號(hào)的情況下，精確到納秒，時(shí)間長(zhǎng)達(dá)30天。

"DARPA國(guó)防科學(xué)辦公室的項(xiàng)目經(jīng)理Tatjana Curcic說(shuō)："我們的目標(biāo)是將光學(xué)原子鐘從精心設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)室配置過(guò)渡到可以在實(shí)驗(yàn)室外運(yùn)行的小型和堅(jiān)固的版本。如果我們成功的話，這些光學(xué)時(shí)鐘將比現(xiàn)有的微波原子鐘的精度提高100倍，或減少計(jì)時(shí)誤差，并證明納秒計(jì)時(shí)精度的保持時(shí)間從幾小時(shí)到一個(gè)月都有改善。這項(xiàng)計(jì)劃可以創(chuàng)造許多關(guān)鍵技術(shù)、部件和演示，從而形成潛在的未來(lái)網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘架構(gòu)"。