通信的新纪元：重新定义无线电的光量子天线

！image

华沙大学的研究人员开发了一种完全光学的量子天线，能够在不使用金属组件的情况下探测微波信号，利用处于里德伯激发态的铷原子。

这项技术允许直接将电磁波的相位和幅度转换为红外线发射，消除传统的电子混合阶段，并减少系统噪声。

从微波到光学的量子精度

根据发表在《自然通讯》上的文章，天线由一个充满铷蒸气的玻璃单元组成，通过三束精确调谐的激光束进行控制。这些激光束使电子处于高度激发的(Rydberg)态，在这种状态下，它们对微波场变得极其敏感。

当无线电波照射到系统上时，处于赖德堡态的电子会改变其轨道，并在放松时发出红外辐射，其相位复制了原始波的相位。通过这种方式，电磁信号被<<转移>>到光学领域，从而在不干扰原始场的情况下进行相位和幅度的精确测量。

这个设计的一个关键进展是它不使用导电金属或混合电路。相反，系统采用光学谐振器 (<<光学腔=“”>>) 来稳定激光束并同步量子发射，从而实现高灵敏度的内部校准。

研究人员甚至预见到将量子天线微型化，以便将其集成到光纤中，因为激光和红外检测可以远程供电。这将允许创建紧凑且隐蔽的传感器，用于空间监测或在极端条件下的环境中。

相较于传统广播的优势与待解决的技术挑战

这种方法克服了基于金属天线和电子混频器的传统系统的局限性(超外差)，通过消除混合信号所需的本振，减少了噪声和失真的来源。

此外，缺乏金属元素使得可以进行非干扰性测量，能够在不改变电磁场的情况下检测微弱信号，这使得量子天线成为经典无线电的革命性替代品。

然而，主要挑战在于对激光和光学腔的极端控制，以保持原子状态与捕获波之间的量子相干性。在真实环境中也需要进行验证，考虑噪声、干扰和环境变化。

系统的稳健性尚需在实际场景中验证，但潜力巨大：隐形量子传感器、空间通信和先进的计量校准都可能直接受益于这项技术。

朝着可操作的量子无线电前进

基于赖德堡态的量子天线可能开启一个新时代，在这个时代，广播不再依赖金属或经典电子，而是依赖量子和高精度光学的相干性。

其提供非侵入式检测、内部校准和微型化潜力的能力使其成为卫星、隐蔽监测传感器或敏感科学应用的理想候选者。

尽管从实验室到操作使用的过渡将面临重大挑战，但这一创新为我们重新定义未来如何捕捉、处理和测量电磁信号提供了可能性。</cavidades></traslada>