可探測整個無線電頻譜的量子傳感器

據物理學家組織網19日報道，美國陸軍研究人員稱，他們研制出了一款新型量子傳感器，可以幫助士兵探測整個無線電頻譜——從0到100吉赫茲（GHz）的通信信號。

美國陸軍作戰(zhàn)能力發(fā)展司令部下屬陸軍實驗室的科學家戴維·邁耶解釋說，2018年，陸軍科學家研制出全球首款使用高激發(fā)態(tài)、超靈敏原子（里德堡原子）探測通信信號的量子接收器。在最新研究中，他們根據基本原理計算出接收器的信道容量（數據傳輸速率），然后在實驗中將其他研究團隊的結果提高了幾個數量級。

這幅圖藝術地再現了里德堡原子被光激發(fā)到里德堡態(tài)從而可探測入射無線電場的情景。圖片來源：物理學家組織網

邁耶說：“新傳感器非常小巧，幾乎無法被其他設備探測到，有望讓士兵們如虎添翼?？茖W家最近才開始考慮將基于里德堡原子的傳感器應用于電場傳感領域，包括用作通信接收器。盡管里德堡原子擁有廣譜靈敏度，但科學家迄今從未對整個運行波段的靈敏度進行定量描述?！?/p>

為評估潛在應用，陸軍科學家分析了從0到10的12次方赫茲的巨大頻譜范圍內，新款里德堡傳感器對振蕩電場的靈敏度。結果表明，里德堡傳感器可靠地探測到整個頻譜段的信號。在傳統(tǒng)接收器系統(tǒng)中，單根天線無法覆蓋如此寬的頻譜范圍，要做到這一點，可能需要單根天線、放大器和其他組件協(xié)同作戰(zhàn)。而且，新量子傳感器的靈敏度可與其他電場傳感器技術——如電光晶體和偶極天線耦合的無源電子設備等相媲美。

邁耶說：“量子力學使我們能清晰地了解傳感器的校準和最終性能，而且，每個傳感器的校準和性能都相同，有助于士兵們在野外使用這一系統(tǒng)。”

陸軍科學家計劃進一步錘煉最新技術，提高這款量子傳感器的靈敏度，使其能探測到更弱的信號，并擴展用于探測更復雜波形的協(xié)議。