近日，北京大學和中國科學院空天信息創新研究院的科研團隊攜手合作，取得了一項重大科研成果——開發出集成光芯片時鐘技術。這一技術成果不僅打破了傳統時鐘技術的限制，還在多個領域展現出巨大的應用潛力。

以往，在無線通信和傳感領域，不同功能往往需要使用不同頻率來實現。像手機的4G、5G以及未來的6G通信，還有不同平臺上的微波感知系統，各有各的頻率要求。傳統方法為了滿足這些需求，就得給每個頻率配備專門的電子芯片和外圍處理鏈路，靠統一系統時鐘來保證頻率間的相參性。但這種基于傳統電芯片的時鐘方案問題不少，從低頻到高頻處理信號時，要經過好多步驟，這既費電又容易產生大量熱量，而且噪聲大、成本高、體積還大。

這次科研團隊開發的新型光電時鐘同步系統方案就不一樣了。它利用芯片光頻梳作為光本振，能直接產生超過100GHz的主頻時鐘信號，還能實現整個系統的同步。不僅如此，這個系統噪聲低、穩定性高、功耗也低。

從應用角度來看，這項技術的前景十分廣闊。在通信領域，它能支持復雜的通信調制格式，像現有的4G、5G通信不在話下，未來更復雜的6G通信編碼也能輕松應對。在感知領域，它實現了微波通信和感知系統的融合，能在不同電磁頻段上完成微波成像、目標檢測和高速數據傳輸等多種功能。而且，在量子計算、AI計算等前沿領域，這項技術同樣大有用武之地。比如在量子計算中，高頻時鐘可以簡化設備、降低成本，確保信息處理同步；在AI計算中，高頻時鐘信號配合電芯片，有望大幅提升計算效率，加快AI模型的訓練和推理速度。

值得一提的是，科研團隊已經掌握了光子芯片系統的批量化加工工藝，能在8英寸晶圓上直接生產成千上萬個相同的時鐘芯片，還能提供完全封裝好的器件，用戶拿過來就能用。和傳統能產生100GHz時鐘信號的電子芯片相比，光芯片時鐘技術直接在片上集成高頻信號生成模塊，采用硅光大規模量產工藝，成本有望降低10倍以上。

目前，科研團隊在無線通信和感知領域已經開展了一系列實驗，未來他們還打算進一步拓展到更多光與電相關的應用領域，同時繼續解決工程化問題，把芯片變成穩定的產品，優化封裝工藝等。相信隨著技術的不斷完善，這項成果會給我們的生活帶來更多驚喜。

參考資料：DOI.10.1038/s41928-025-01349-7