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美研发可探测整个无线电频谱通信信号的颠覆性量子传感器
2020-11-05
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据Phys.org网站2020年3月19日报道,美陆军研究人员表示,量子传感器可以为士兵提供一种探测整个无线电频谱(0到100 GHz)通信信号的方法。在传统的接收系统中,单部天线不可能具有如此大的频谱覆盖范围,因而,需要多个独立天线系统、放大器及其他组件。美陆军作战能力发展司令部陆军研究实验室的科学家David Meyer称,2018年,美陆军科学家全球首次研发出量子接收机,这种接收机使用高度受激、超灵敏的被称作Rydberg的原子实现通信信号探测。研究人员根据基本原理计算接收机的信道容量,或数据传输速率,然后,在其实验室中将其他组的结果提高了几个数量级,从而获得了这种性能。这些新型传感器非常小,几乎无法探测,给士兵们带来了颠覆性优势。基于Rydberg原子的传感器最近才被考虑用于通用电场传感应用,包括用于通信接收机。虽然Rydberg原子被认为是广泛敏感的,但从没有人对其在整个工作范围内的灵敏度进行过定量描述。

无线电频谱通信信号的颠覆性量子传感器

为了评估潜在的应用,美陆军科学家们分析了Rydberg传感器在0到100GHz巨大频率范围内对振荡电场的灵敏度。结果表明,该传感器能够可靠地检测整个频谱范围内的信号,完全可以与其他现有电场传感器技术(如电光晶体和偶极天线耦合无源电子技术)相媲美。量子力学使人们能够高度了解传感器校准和最终性能,这对每个传感器来说都是一样的,这一结果是决定如何实地使用该系统的重要一步。这项工作将为美陆军在下一代计算机网络和有保障定位、导航和授时方面的现代化优先项提供支持,同时,它可能会对用于地理定位射频信号探测的新通信概念或方法带来潜在的影响。未来,美陆军科学家将研究各种方法,继续提高对更微弱信号探测的灵敏度,并针对更复杂波形,对探测协议进行扩展。

 

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