科学家创造了覆盖整个无线电频谱的量子传感器

　　据美国陆军的研究人员介绍，量子传感器可以让士兵在整个无线电频谱（从0到100千兆赫）内探测通信信号。美国陆军作战能力发展司令部陆军研究实验室的科学家戴维·迈耶说“2018年，陆军科学家在世界上率先研制出一种量子接收器，这种接收器使用被称为“里德堡原子”（Rydberg atoms）的高激发、超敏感原子来探测通信信号。”

　　对于传统的接收系统来说，单天线如此宽的频谱覆盖是不可能的，需要多个独立天线、放大器和其他组件的系统。研究人员根据基本原理计算了接收器的信道容量或数据传输速率，然后在实验室里通过实验实现了这一性能，将其他组的结果提高了几个数量级。

　　迈耶说：“这些新的传感器可能非常小，几乎无法探测，给士兵带来破坏性优势。基于里德堡原子的传感器最近才被考虑用于一般电场传感应用，包括作为通信接收器。虽然“里德堡原子”是广为人知的敏感原子，但从未对整个工作范围内的敏感度进行过定量描述。”

玻璃蒸气室中的原子被激光束激发到“里德堡”态。它们检测电场（来自背景中的金天线）并将信息压印回激光束上。

　　为了评估潜在的应用，陆军科学家对“里德堡”传感器在0到1012赫兹的巨大频率范围内对振荡电场的灵敏度进行了分析。结果表明，“里德堡”传感器能够可靠地检测出整个频谱的信号，并与现有的光电晶体、偶极天线耦合无源电子学等电场传感器技术进行了比较。

　　迈耶说：“量子力学可以让我们在非常高的程度上了解传感器的校准和最终性能，而且对每个传感器来说都是一样的。”这一结果是确定如何在现场使用该系统的重要步骤。”

　　这项工作支持陆军在下一代计算机网络和有保证的位置、导航和定时方面的现代化优先事项，因为它可能影响新的通信概念或用于地理定位的射频信号检测方法。未来，陆军科学家将研究各种方法，以继续提高检测更弱信号的灵敏度，并扩展更复杂波形的检测协议。

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