通信的新紀元：重新定義無線電的光量子天線

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華沙大學的研究人員開發了一種完全光學的量子天線，能夠在不使用金屬組件的情況下探測微波信號，利用處於裏德伯激發態的銣原子。

這項技術允許直接將電磁波的相位和幅度轉換爲紅外線發射，消除傳統的電子混合階段，並減少系統噪聲。

從微波到光學的量子精度

根據發表在《自然通訊》上的文章，天線由一個充滿銣蒸氣的玻璃單元組成，通過三束精確調諧的激光束進行控制。這些激光束使電子處於高度激發的(Rydberg)態，在這種狀態下，它們對微波場變得極其敏感。

當無線電波照射到系統上時，處於賴德堡態的電子會改變其軌道，並在放松時發出紅外輻射，其相位復制了原始波的相位。通過這種方式，電磁信號被<<轉移>>到光學領域，從而在不幹擾原始場的情況下進行相位和幅度的精確測量。

這個設計的一個關鍵進展是它不使用導電金屬或混合電路。相反，系統採用光學諧振器 (<<光學腔=“”>>) 來穩定激光束並同步量子發射，從而實現高靈敏度的內部校準。

研究人員甚至預見到將量子天線微型化，以便將其集成到光纖中，因爲激光和紅外檢測可以遠程供電。這將允許創建緊湊且隱蔽的傳感器，用於空間監測或在極端條件下的環境中。

相較於傳統廣播的優勢與待解決的技術挑戰

這種方法克服了基於金屬天線和電子混頻器的傳統系統的局限性(超外差)，通過消除混合信號所需的本振，減少了噪聲和失真的來源。

此外，缺乏金屬元素使得可以進行非幹擾性測量，能夠在不改變電磁場的情況下檢測微弱信號，這使得量子天線成爲經典無線電的革命性替代品。

然而，主要挑戰在於對激光和光學腔的極端控制，以保持原子狀態與捕獲波之間的量子相幹性。在真實環境中也需要進行驗證，考慮噪聲、幹擾和環境變化。

系統的穩健性尚需在實際場景中驗證，但潛力巨大：隱形量子傳感器、空間通信和先進的計量校準都可能直接受益於這項技術。

朝着可操作的量子無線電前進

基於賴德堡態的量子天線可能開啓一個新時代，在這個時代，廣播不再依賴金屬或經典電子，而是依賴量子和高精度光學的相幹性。

其提供非侵入式檢測、內部校準和微型化潛力的能力使其成爲衛星、隱蔽監測傳感器或敏感科學應用的理想候選者。

盡管從實驗室到操作使用的過渡將面臨重大挑戰，但這一創新爲我們重新定義未來如何捕捉、處理和測量電磁信號提供了可能性。</cavidades></traslada>