美國(guó)陸軍研究人員開(kāi)發(fā)出首款覆蓋全無(wú)線電頻譜的量子傳感器

據(jù)19日?qǐng)?bào)道，美國(guó)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(cè)整個(gè)無(wú)線電頻譜——從0到100吉赫茲(GHz)的通信信號(hào)。

美國(guó)陸軍作戰(zhàn)能力發(fā)展司令部下屬陸軍實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家戴維·邁耶解釋說(shuō)，2018年，陸軍科學(xué)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(cè)通信信號(hào)的量子接收器。在最新研究中，他們根據(jù)基本原理計(jì)算出接收器的信道容量(數(shù)據(jù)傳輸速率)，然后在實(shí)驗(yàn)中將其他研究團(tuán)隊(duì)的結(jié)果提高了幾個(gè)數(shù)量級(jí)。

邁耶說(shuō)：“新傳感器非常小巧，幾乎無(wú)法被其他設(shè)備探測(cè)到，有望讓士兵們?nèi)缁⑻硪??？茖W(xué)家最近才開(kāi)始考慮將基于里德堡原子的傳感器應(yīng)用于電場(chǎng)傳感領(lǐng)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(xué)家迄今從未對(duì)整個(gè)運(yùn)行波段的靈敏度進(jìn)行定量描述?！?/p>

為評(píng)估潛在應(yīng)用，陸軍科學(xué)家分析了從0到10的12次方赫茲的巨大頻譜范圍內(nèi)，新款里德堡傳感器對(duì)振蕩電場(chǎng)的靈敏度。結(jié)果表明，里德堡傳感器可靠地探測(cè)到整個(gè)頻譜段的信號(hào)。在傳統(tǒng)接收器系統(tǒng)中，單根天線無(wú)法覆蓋如此寬的頻譜范圍，要做到這一點(diǎn)，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(chǎng)傳感器技術(shù)——如電光晶體和偶極天線耦合的無(wú)源電子設(shè)備等相媲美。

邁耶說(shuō)：“量子力學(xué)使我們能清晰地了解傳感器的校準(zhǔn)和最終性能，而且，每個(gè)傳感器的校準(zhǔn)和性能都相同，有助于士兵們?cè)谝巴馐褂眠@一系統(tǒng)?！?/p>

陸軍科學(xué)家計(jì)劃進(jìn)一步錘煉最新技術(shù)，提高這款量子傳感器的靈敏度，使其能探測(cè)到更弱的信號(hào)，并擴(kuò)展用于探測(cè)更復(fù)雜波形的協(xié)議。