新设备将能够检测0到100 GHz的通信信号。
基础上先前的研究从2018年开始，量子接收器将能够利用里德堡原子的特性检测通信信号，里德堡原子是一种超敏感、高激发态原子。
玻璃蒸气池中原子被激光束激发到里德堡态的过程。图片由美国陆军
使用Rydberg原子传感器
由军队科学家大卫Mayer领导的研究人员，计算了接收者的沟道容量，否则被称为数据传输速率，然后在实验中实验实现全频谱性能。
具体来说，科学家们首先使用解析和半经典Floquet模型的组合计算Rydberg传感器的灵敏度，获得了预期的结果。
通过这些模型，他们确定了任意场频下的最佳灵敏度。
Meyer’s team then validated the numeric Floquet model via experimental Rydberg sensor measurements in a range between 1 and 20 GHz, and using analytical models, they compared them with two prominent electric field sensor technologies, namely electro-optic crystals and dipole antenna-coupled passive electronics.
结果表明，Rydberg传感器能够可靠地检测整个频谱的信号，并具有比其他两种技术更高的性能。
这是一幅里德伯格原子的艺术家作品，它能探测到传入的射频场。图片由美国军队
军队的进步
将这种性能水平与这些接收器相当小的事实相结合，将给士兵在战场上带来多种好处。
“这些新的传感器可以非常小，几乎无法检测到，这给士兵带来了颠覆性的优势，”Meyer在评论这项研究时说。
精确测量设备的使用对国防部的能力产生了重大影响。如电场传感器和通信接收器的进步。这位在美国陆军作战能力发展司令部陆军研究实验室工作的科学家说，虽然rydberg原子传感器过去曾被考虑用于通用电场传感应用，但新的性能将是科学领域的第一次。
“虽然雷迪贝格原子是广泛敏感的，”他解释说,“对整个操作范围内的灵敏度从未做过定量描述。”
未来的发展
考虑到使用Rydberg原子的传感器可以覆盖的广谱频率，这种新设备为军事应用提供了几种可能性。
“量子力学让我们能够在非常高的程度上了解传感器的校准和最终性能，而且对每个传感器都是一样的，”Meyer说。“此结果是确定该系统如何在该领域中使用的重要一步。”
迈耶补充说，这些新的传感器将成为军队网络该项目由美国陆军发起，主要致力于开发下一代解决方案，以领先于潜在对手。
梅耶尔领导的团队表示，他们将继续开发传感器技术，以继续提高灵敏度，以便检测更弱的信号，并扩展检测协议，以检测更复杂的波形。
这项新发现发表在《物理杂志B》(Journal of Physics B)上里德堡原子用于宽带电场传感的评估。
