这种基于里德伯原子的传感器可帮助士兵探测战场上复杂的电磁信号。
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美国陆军科学家展示了一种新型量子传感器，能够测量射频电磁场的完整三维方向，这一里程碑可能重塑战场上的信号探测方式。
这一突破由美国陆军作战能力发展司令部（简称DEVCOM）陆军研究实验室的科学家们取得。
据研究人员称，该传感器可提升态势感知能力、加强安全通信，并帮助士兵在复杂的战场环境中更快地做出更明智的决策。
“我们量子科学方面的工作，是为士兵提供感知和理解周围世界的新途径，”陆军研究实验室研究物理学家大卫·迈耶说。“这项研究为在单一传感组件中，于宽频率范围内探测和定位信号打开了大门，即便在最严苛的环境下也能实现。”
在三维空间中测量无线电波
这种新型传感器基于里德伯原子，这些原子处于高度激发态，因而对电场极其敏感。
研究人员描述了该装置不仅能确定电磁场强度，还能确定三维极化方向与传播方向，即所谓的k向量。
据陆军研究实验室称，这是首次使用量子传感器实现此类测量。
传统传感器通常一次只能测量一个方向上的电磁场强度。然而，陆军研究实验室开发的量子传感器可以“看到”电磁场的方向和运动，提供完整的三维图像。
配资炒股尽管传感器直径仅几厘米，却能以约两度的精度确定入射信号的方向。这可能使其成为一种高度灵活的平台，用于在争夺激烈的环境中探测和定位射频信号。
拥挤频谱中的微型传感器
与传统天线不同，传统天线通常需要其物理尺寸与所探测信号的波长相当，且一般局限于窄频率范围，而陆军研究实验室的传感器不受信号尺寸限制，还能在整个射频频谱上工作。
这一能力源自里德伯原子的宽带特性，其工作范围可从直流电到太赫兹频率。
“现代战场是一个极为复杂的射频环境，”迈耶说。“随着自主系统的激增，战场上可能有数百个不同的信号源。拥有一个覆盖整个射频频谱、并能够测量这些场三维方向的单一传感器平台，代表着一种潜在的变革性能力，尤其是在频谱感知方面，”他接着说。
基于多年的量子研究
该传感器通过使用一个充满铷原子蒸气的微型玻璃容器工作。研究人员用激光照射该容器，将原子激发至里德伯态。当无线电波穿过时，原子的响应方式可揭示电磁场在三维空间中的强度、方向和运动。
这项最新工作建立在陆军研究实验室先前开发的里德伯电场计基础上。2024年，该团队展示了其测量射频场极化、并解码极化中编码信息的能力。
该研究发表在《物理评论·应用》（Physical Review Applied）期刊上
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