可探测整个无线电频谱的量子传感器

据物理学家组织网19日报道，美国陆军研究人员称，他们研制出了一款新型量子传感器，可以帮助士兵探测整个无线电频谱——从0到100吉赫兹（GHz）的通信信号。

美国陆军作战能力发展司令部下属陆军实验室的科学家戴维·迈耶解释说，2018年，陆军科学家研制出全球首款使用高激发态、超灵敏原子（里德堡原子）探测通信信号的量子接收器。在最新研究中，他们根据基本原理计算出接收器的信道容量（数据传输速率），然后在实验中将其他研究团队的结果提高了几个数量级。

这幅图艺术地再现了里德堡原子被光激发到里德堡态从而可探测入射无线电场的情景。图片来源：物理学家组织网

迈耶说：“新传感器非常小巧，几乎无法被其他设备探测到，有望让士兵们如虎添翼。科学家最近才开始考虑将基于里德堡原子的传感器应用于电场传感领域，包括用作通信接收器。尽管里德堡原子拥有广谱灵敏度，但科学家迄今从未对整个运行波段的灵敏度进行定量描述。”

为评估潜在应用，陆军科学家分析了从0到10的12次方赫兹的巨大频谱范围内，新款里德堡传感器对振荡电场的灵敏度。结果表明，里德堡传感器可靠地探测到整个频谱段的信号。在传统接收器系统中，单根天线无法覆盖如此宽的频谱范围，要做到这一点，可能需要单根天线、放大器和其他组件协同作战。而且，新量子传感器的灵敏度可与其他电场传感器技术——如电光晶体和偶极天线耦合的无源电子设备等相媲美。

迈耶说：“量子力学使我们能清晰地了解传感器的校准和最终性能，而且，每个传感器的校准和性能都相同，有助于士兵们在野外使用这一系统。”

陆军科学家计划进一步锤炼最新技术，提高这款量子传感器的灵敏度，使其能探测到更弱的信号，并扩展用于探测更复杂波形的协议。