国立大学法人东京工业大学、理光公司和米乐m6官方网站 (AIST) 的研究小组开发了一种功耗极低的紧凑型设备原子钟（第 1 期）这个原子钟是组件之一频率合成器（第 2 学期），甚至是新的量子系套餐（第 3 学期）以 60 mW 和 15 cm 的低功耗提高温度控制效率3
这项研究成果显着降低了原子钟体积大、耗电量大的体积和功耗，使得原子钟可以安装在汽车、智能手机、小型卫星等以前难以安装的各种设备上，并有可能大大加速自动驾驶、高精度定位和新型卫星网络的实现。
研究成果详情请参阅国际会议ISSCC (IEEE 国际固态电路会议<国际固态器件电路会议>2019）。
*本研究开发的部分成果是受新能源产业技术综合开发机构（NEDO）委托开展的工作而获得的。
1927年，发明了一种使用晶体振荡器来保持准确时间的时钟。此后，该系统广泛应用于手表和其他设备，并成为支持人们相互共享准确时间信息的社会系统的技术支柱之一。目前，时间是通过使用大型原子钟作为时间标准并同步晶体振荡器来获得的。但是，如果原子钟能够小型化并代替晶体振荡器使用，将带来重大的技术和社会变革，人们对实现通用小型原子钟的期望逐年提高。
卫星定位系统，例如美国GPS，需要卫星之间的时间同步，而使用原子钟可以实现稳定且高精度的定位。如果通用小型原子钟投入实用，可用于汽车、智能手机、微型卫星、手机基站等多种设备。此外，在建筑物内部、海底、隧道和桥梁等GPS无法到达的地方，用于监测（高精度测量）大型结构的多个传感器之间的时间同步，并使用多个卫星低轨道卫星星座（第 4 学期）将带动全球互联网的实现，汽车、飞机等移动物体的稳定高精度定位，以及自动驾驶技术的实现。
具有用微波照射原子的谐振器的传统原子钟存在其尺寸由谐振器的尺寸决定并且无法小型化的问题。因此，相干群体捕获（CPT第 5 期)，只需用微波调制激光照射原子就可以检测出作为时间标准的精确微波频率，迄今为止已经达到数百厘米3）减小一个数量级以上。然而，由于原子钟的各个部件，如频率合成器、驱动激光器的驱动电路等都需要极高的精度，因此很难降低功耗，导致原子钟的整体功耗高达数百毫瓦。
这次，我们实现了高精度、2 mW超低功耗的频率合成器，以及提高温度控制效率的新型量子部件封装。超低功耗原子钟)研发成功（图1）。研制的小型原子钟的精度达到了每天小于百万分之三秒，几乎与大型原子钟相同，同时显着降低了功耗。这个原子钟是压控晶体振荡器（第 6 学期）、频率合成器、激光驱动电路、控制电路、铯133原子（第 7 期）。
使用 CPT 的原子钟以两种频率的激光照射铯 133 原子。当这两束激光之间的频率差与铯133原子特有的共振频率（9,192,631,770 Hz）匹配时，检测到的光强度达到最大值。它用于校准压控晶体振荡器，产生极其稳定的频率，用作原子钟的参考。
频率合成器用于以 03 mHz 或更小的非常精细的频率步长改变激光的频率差，并且传统上是消耗 50 mW 或更高功率的原子钟的组件。通过将频率合成器集成到CMOS集成电路中（图3），所开发的原子钟成功地将功耗降低到1/25以下，实现了2 mW的功耗。
此外，我们采用了新的量子部件封装结构，提供了隔离机制，当通过加热器控制温度时，外部温度难以传递，并在封装内部涂有金。通过提高温度控制效率，将耗电的加热器功耗降低至9 mW。高稳定的激光驱动电路和高精度的温度控制电路也提高了长期频率稳定性。
在传统的频率标准中，功耗和频率稳定性之间存在权衡，如图4所示，但开发的原子钟（ULPAC）既具有良好的频率稳定性，又具有低功耗，而且尺寸也为15厘米3这次，10522×10，平均时间为秒（约1天）-12的长期频率稳定性这样创建的时钟比配备典型晶体振荡器的时钟精确大约 100,000 倍。