科研技术世界前列却80%依赖进口，中科院教授终破高端时频仪器海外垄断｜硬氪专访

作者 | 赵思淇

编辑 | 彭孝秋

有一项高端科研技术，中国虽已跻身世界前列，但商用市场却受制于人。80%依赖进口，禁运背景下部分元器件“有钱也买不到”。

这就是高端时频仪器。事实上，早在上世纪70年代，中国便研制出首台铷原子钟。随后，天宫二号装载世界首台在轨冷原子钟不间断运行三年，精度达4200万年误差1秒。

原子钟作为目前世界上测量精度最高的核心时频装置，是现代社会的“时空心脏”，支撑着从6G通信百纳秒内的信息传输、GNSS全球导航系统厘米级定位、电网的微秒级同步，到超算中心AI算力的协同调度等各行业的运行基础。

正是立志想改变这种困境，屈求智于是选择在2020年创业，并成立凯瑟斯技术（杭州）有限公司（简称“凯瑟斯”）。创业前，他曾主导研制天宫二号、中国空间站及北斗卫星冷原子钟等项目，也是中科院上海光机所一名研究员。

（图源/CCTV13新闻频道）

经过五年发展，凯瑟斯建成了首条商用冷原子钟与波束芯片原子钟生产线，产品性能超越进口竞品两个数量级。凯瑟斯自此成为了国内首家商业冷原子钟产业化企业。

此背景下，凯瑟斯于去年完成了pre-A轮融资，由中赢创投领投。

而屈求智创业背后，体现了尖端科技领域创业者的最大难题：如何完成一个鲜为人知但日常刚需行业的商业化。

具体来说，原子钟产业化难题如何破局？商用规划是什么？带着这些疑问，硬氪近日与屈求智进行了一次深度对话，试图揭开原子钟商业化背后的“生死时速”。

以下为对话实录，内容经编辑：

科研转化是唯一出路

硬氪：您作为空间冷原子技术专家，参与过天宫二号等国家重大工程，科研前途光明，为何选择创业？

屈求智：决定创业源于多年的经历和触动。20年前，我在中科院师从“冷原子之父”王育竹院士，王院士曾在上世纪70年代就研制出了中国第一台应用铷原子钟，后又创建了国内第一个量子光学重点实验室。

到了2010年，我们造出国内第一台空间冷原子钟样机，之后的十年又完成了天宫二号、中国空间站冷原子钟、北斗星载冷原子钟的研制任务。

然而，随着中国在该领域科研水平的不断提升，应用问题也日益暴露。当我看到实验室门口堆满进口仪器的包装箱时常常思考，这些设备的基本功能我们都做过，却无法独立制造生产，仍需靠高价进口。

冷原子钟从2016年上天入轨，至今已近十年了，但相关技术和工艺无法进一步固化量产，仍然无法走入市场。原子钟技术和产业化之间的割裂，使得最根本的商用问题无以解决。

创业前，我尝试过合作企业进行技术转化，结果都不可行。原子钟是尖端科技叠加的系统工程，涉及原子物理、量子激光、精密电子调控等复杂环节，没有任何非科研出身的企业能承接冷原子钟的从零量产。

比如光学系统和激光冷却原子的稳定性是关键难点，其中对数十种噪声的极致控制能力，要求具备十年以上的技术与工程积累；再比如只有对量子属性和应用本质有极深刻理解才能应对复杂应用场景有效优化标准产品。最后我得出结论，科研者必须躬身入局，通过与产业的细致对接，才能打通产业化壁垒，否则未来十年冷原子钟商用仍会是空谈。

这就是我在2020年创办凯瑟斯的初衷：把冷原子钟从实验室解放出来，变成市场可用的产品，让尖端的量子技术真正服务社会。

硬氪：那相比于一般创业者，您认为科学家转型创业的优劣势分别体现在哪里？

屈求智：一个现实问题是，科学家容易陷入“技术极致化”的陷阱，在市场和生产上没有经验。

更难的点在于，市场对原子钟的需求处于日益旺盛但定位陌生的阶段。因此，刚创业时我花了五年时间调研全球市场，定位市场需求。总的来说，原子钟的商用价值渗透在160多个行业，其核心在于高精度同步。

比如在5G/6G通信中，需要纳秒级时间源和皮秒级的时间传递系统支撑；在AI算力领域，超算中心需要依赖原子钟实现纳秒级异地协同；在深海勘探中，AUV无人潜航器依赖原子钟在无GPS环境下自主守时，保障长航时任务精度等。随着各行业对于协同精度的要求越来越高，原子钟作为授时系统的基础设施，将迎来巨大机遇。

优势方面，尖端科技领域创业往往要求技术纵深。我们团队凭借20年的科研经验，能选择并实现最适合产业化的技术路线，比如漫反射激光冷却方案，就创造性地解决了原子钟的应用场景限制和成本问题。

更重要的是，科学家能领先于商业逻辑看透行业本质——时间精度是数字时代的新基建，我们不是在卖设备，而是以未来产业的应用场景来逆向孵化产品和服务，这就决定了战略上的前瞻性和颠覆性。

走出产业化“死亡谷”

硬氪：为什么在原子钟的科研转化过程中，产业化才是最大的“硬骨头”？

屈求智：因为原子钟的产业化涉及工程化、量产和成本的三重绞杀。

第一，工程化难度大。冷原子钟的光学系统极其脆弱，实验室里靠人工调试，但量产需要模块化与强稳定性。比如激光冷却组件需抗振动、耐温变，否则在车载或深海环境极易失效。

第二，标准化量产难。一方面供应链缺失，所需元器件依赖进口；另一方面传统原子钟生产依赖工艺，良率较低。即使做到批量交付，性能指标也相对落后。

第三，成本高昂且场景应用受限。比如传统氢原子钟的短期稳定度指标很好，但是对环境极敏感，因此需要造百万级钟房来保障氢原子钟正常运行。这就是产业化的“死亡谷”——技术再好，跨不过量产门槛，就是空中楼阁。

硬氪：所以实现产业化的关键因素有哪些？凯瑟斯是如何破局的？

屈求智：破局靠三个关键：技术路线选择、工艺固化和产业链协同。

首先，我们的激光冷却原子技术革新了原子钟的环境适应性。传统热原子钟最大的受限在于受环境温度影响，原子热运动导致频率漂移。而激光冷却原子技术将原子与环境隔绝开来，从源头消除了原子热运动，进而打破了环境限制。更重要的是，漫反射激光冷却技术由于对激光功率的需求远少于其他种类原子钟，成本得到控制，可量产性进一步提升。

其次，制造流程标准化与工艺固化。高技术门槛往往带来的是制造难度大问题，破局的关键在于一套完整、标准、可复制的制造流程，同时招募专家人才，我们的科研工作者与一线生产人员在一起长时间磨合，构建出了首条商用冷原子钟100台/年和波束芯片原子钟1万台/年产线。

最后，产业链协同。过去20年，我们培养、合作了5000多家供应商，甚至有激光器厂商直接搬到我们工厂附近，共建产业链。因此在生态上，我们实现了自主可控。

硬氪：相比于传统原子钟，我们的冷原子钟和波束芯片原子钟有哪些原创性突破？

屈求智：冷原子钟产品核心是基于漫反射激光冷却技术路线，结合20年工程经验，将庞大的原子钟装置浓缩为即插即用的设备。以第一代商业冷原子钟为例，我们消除了99.7%原子热运动，精度达6E-15（100万年误差不到0.2秒），超过进口铯钟两个数量级、进口氢原子钟一个数量级。同时突破对固定钟房环境的依赖，支持抗冲击、宽温域运行。

更具颠覆性的是波束芯片原子钟，首创“类冷原子”结构，第一代产品已实现短稳指标6.02E-11，优于7.2E-11的美国进口产品指标。通过CMOS/MEMS工艺整合，我们将芯片原子钟体积从火柴盒大小逐步逼近1立方厘米，适配空间受限的微型传感器和平台。此外，低功耗、耐受极端温度、振动环境等特性满足了深海、深空、深地等特殊环境长期部署需求。

（图源/企业）

硬氪：产业化突破为凯瑟斯实现原子钟商用构建了哪些优势？

屈求智：应用场景方面，冷原子钟摆脱恒温钟房依赖，使其在深海、深空等拒止环境的刚需场景应用成为可能。而波束芯片钟通过集成度提升，在车载、机载、消费电子等场景中得以应用。

同时，产业化也带来了巨大的成本压缩。比如，使用自研VCSEL激光芯片替代进口；通过CMOS工艺和自动化精密制造将芯片钟单价从几万级压到千元级。这些优势帮助凯瑟斯将原子钟从“奢侈品”变为“基础设施”，成为商业化最关键的一步。

商业化的下一块拼图

硬氪：凯瑟斯的整体定位和发展战略是什么？

屈求智：我们的发展战略是通过尖端原子钟的产业化，将量子精密测量的底层技术标准化、产品化、芯片化，最终打造量子科技柔性制造平台。原子钟只是起点，未来我们的核心技术、供应链、自动化生产线都可复用到量子重力仪、原子磁力计等更多种量子精密传感领域，也可以为未来中性冷原子量子计算等尖端科技产业提供核心装备支撑。

目前我们在第一步产业化阶段，也就是冷原子钟和波束芯片原子钟的基础产线构建。后续第二步将通过产线自动化实现大规模交付的同时，深化产品商用设计，真正打入消费级市场。第三步，构建量子柔性生产平台，根据市场需求灵活推出更多模块化产品。

硬氪：听说凯瑟斯马上要举办新品发布会了，新品的迭代点有哪些？下一步商业化规划是什么？

屈求智：我们的新品聚焦在小型化和成本突破。冷原子钟2.0采用全集成架构，体积缩小40%，明年预计推出体积再缩小一倍的3.0产品。波束芯片钟将在本次发布会上发布1.0产品，未来迭代点将集中于保证性能的同时实现小型化。

近期商业化计划是2026年实现商业冷原子钟年产100台、波束芯片钟年5万台的产能爬坡。

2030年左右，推出迷你型冷原子钟和手机级原子芯片，实现更广泛的规模化应用，提供服务于智慧交通大模型、未来通信、低空经济等时间大模型的新基建产品和先进时间频率系统解决方案。

本文来自微信公众号“硬氪”，作者：赵思淇，36氪经授权发布。