美國國防預(yù)先研究計劃局：開發(fā)量子傳感器以改變戰(zhàn)場通信

里德堡接收器能探測到傳統(tǒng)技術(shù)無法探測到的非常微弱的電磁信號，它們也具備應(yīng)用于氣候監(jiān)測、測量或校準(zhǔn)電壓等任務(wù)的潛力。近年來的一系列事件表明，原子接收器技術(shù)正不斷發(fā)展，而人們對原子接收器的興趣也不斷增長。例如，美國國防預(yù)先研究計劃局于2021年8月宣布成立量子孔徑項目（Quantum Apertures）團隊，并于9月宣布成立原子蒸汽科學(xué)新技術(shù)（SAVaNT）項目團隊。

研究實驗室去年證明，量子傳感器可以分析無線電頻率和0~100GHz頻譜范圍內(nèi)的信號，可探測調(diào)幅（AM）和調(diào)頻（FM）、藍(lán)牙、Wi-Fi和其他信號。美科學(xué)家正在繼續(xù)研究提高量子傳感器靈敏度的方法，實現(xiàn)對更弱信號的檢測，并將其擴展到更復(fù)雜波形的檢測。今年早些時候，在美國國防預(yù)先研究計劃局的贊助下，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所（NIST）的研究人員使用了一種銅制耳機狀裝置，將原子無線電接收器的靈敏度提高了一百倍，并證明里德堡原子可以探測到電視和視頻游戲傳輸信號。

原子接收器最終可能比傳統(tǒng)傳感器在尺寸、重量和功率方面具有優(yōu)勢，部分原因是它們不需要天線，并且原子接收器檢測射頻場的方式本質(zhì)上是無損的，而傳統(tǒng)天線會強烈吸收射頻能量。

Christopher L. Holloway是NIST里德堡傳感器項目的負(fù)責(zé)人，也是電磁場小組的組長，他研究量子接收器至少有15年了。根據(jù)Holloway和美國指揮、控制、通信、計算機、網(wǎng)絡(luò)、情報、監(jiān)視和偵察（C5ISR）中心無線電頻率通信部主任James Tucker Swindell的說法，里德堡傳感器項目的目標(biāo)是開發(fā)一個鞋盒大小的接收器。

NIST在一個芯片級原子鐘上開發(fā)了里德堡傳感器，大小約為8個25美分的硬幣摞在一起，其中包括這個小原子鐘、蒸汽電池、激光器和電源。NIST團隊使用了兩種彩色激光器，其中一種能夠發(fā)射直徑為780納米的紅色不可見激光，另一種能夠發(fā)射藍(lán)色或綠色的可見耦合激光。當(dāng)探測原子時，打開第二種彩色激光即可使原子進入里德堡態(tài)，探測激光是讀取原子響應(yīng)的方式。耦合激光仍然是部署移動里德堡接收器的挑戰(zhàn)之一，目前美軍還沒有便攜式藍(lán)色或綠色激光器，無法提供足夠的能量來進行測量。

NIST團隊還與NASA合作開發(fā)天基傳感器，NASA噴氣推進實驗室的“冰凍圈"里德堡雷達(dá)項目建立在原子接收器技術(shù)的基礎(chǔ)上，可以遠(yuǎn)程感知冰流、冰架演化、積雪積累和基巖測繪。該項目的目標(biāo)是在幾年內(nèi)將這些傳感器送入太空，然后用它來對地球甚至其他行星進行監(jiān)測。

來源：傳感器專家網(wǎng)