美國陸軍科學家發明了一種量子傳感器，可以讓士兵探測到整個無線電頻譜範圍內的通信信號，頻率範圍從0-100 GHz。
《物理學雜誌B》在其關於Rydberg原子相互作用的特刊上發表了這項研究。該研究由陸軍科學家及馬里蘭大學的研究人員共同完成，並得到了美國國防高級研究計劃局的支持。
在傳統的接收系統中，需要獨立天線、放大器和其他組件等多個系統，並且不可能覆蓋如此寬的頻率。
美國陸軍作戰能力發展司令部的戴維·邁耶（David Meyer）說，2018年，陸軍實驗室的科學家創建了世界上第一個使用高激發，超靈敏原子（稱為裡德堡原子Rydberg atoms）來檢測通信信號的量子接收器。
梅耶說，研究人員根據基本原理計算出接收機的信道容量和數據傳輸速率，然後通過實驗實現了該性能，即將其他組的結果提高了幾個數量級。
梅耶說：“這些新型傳感器小到幾乎無法探測，能給士兵們帶來顛覆性的優勢。”
“基於裡德堡原子(Rydberg atoms)的傳感器直到最近才被考慮用於一般的電場探測，包括作為通信接收器。雖然裡德堡原子(Rydberg atoms)被認為是廣泛敏感的，但對整個操作範圍內的靈敏度的定量描述從來沒有做過。”
為了評估潛在應用，美國陸軍的科學家們分析了Rydberg傳感器在0到10^12赫茲的巨大頻率範圍內對振盪電場的靈敏度。
結果表明，該傳感器可以可靠地檢測整個頻譜範圍內的信號，並與其他現有的電場傳感器技術如電光晶體和偶極天線耦合無源電子設備(electro-optic crystals and dipole antenna-coupled passive electronics)相媲美。
梅耶說:“量子力學使我們能夠深度瞭解傳感器的校準和最終性能，這對每個傳感器來說都是一樣的。這一結果是確定如何在實地使用這一系統的重要步驟。
這項工作可能影響用於地理定位的射頻信號探測的新通信概念或方法，從而支持陸軍在下一代計算機網絡、定位、導航和校時方面優先進行現代化改造。
未來，陸軍科學家將繼續研究，以提高靈敏度，從而探測更微弱信號，並擴展用於更復雜波形的探測協議。
（本文由本源量子編譯，內容來源phys.org）
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