原子時計のスマートフォンなどへの搭載に道。小型化と低消費電力化の技術開発に成功、NICTが発表

国立研究開発法人情報通信研究機構（NICT）は、原子時計システムを大幅に小型化かつ低消費電力化し、スマートフォンに搭載することなどを可能にする技術の開発に成功したと発表しました。

圧電薄膜共振子を用いた発振器の写真（提供：NICT）

発表では、3.5GHz帯にて優れた共振動作を示す圧電薄膜共振子（Thin Film Bulk Acoustic Resonator: FBAR）の厚み縦振動を利用することで、原子時計にこれまで必要とされていた外付け部品となる水晶発振器やPLL（Phase Locked Loop）を用いた周波数逓倍処理を必要としない、シンプルなマイクロ波発振器の開発に成功。

小型原子時計の先行研究において小型化と低消費電力化のボトルネックとなっているのが特に外付け部品となる水晶発振器やPLL（Phase Locked Loop）を用いた周波数逓倍処理とされているため、これらを省略することで市販の小型原子時計と比較してチップ面積を約30％、消費電力を50％抑制することが可能になるとのこと。

さらに、ウェハープロセスで製造可能な小型のルビジウムガスセルの試作を行い、この小型ガスセルを先のマイクロ波発振器と組み合わせて同調動作（原子時計動作）させると、市販の小型原子時計と比較して1桁以上の性能改善になるとも説明されています。

ウェハープロセスで試作された小型ガスセルは、小型化と量産性に優れ、製造コストの圧縮に寄与するとのことです。

原子時計を用いた新たなシステムへの期待

原子時計の搭載がスマートフォンやドローンなどへ可能になると、単なる通信端末の利便性向上に寄与するだけでなく、高い同期精度が求められるセンサネットワークからの情報取得の実現や、GPS電波が安定しない屋内ドローンや潜水システムなどの制御など、新たな市場の創出が期待されます。

また、例えばGoogleは地球規模で展開するデータベース「Google Cloud Spanner」において、サーバに原子時計を組み込むことで正確な時刻同期と厳密なタイムスタンプによるトランザクションの順番や一貫性の保証を実現しているとされています。

市販のサーバに原子時計が組み込まれるようになれば、こうした新たなデータベースやアプリケーションがGoogleでなくとも実現できるようになっていくかもしれません。