生产时间:8月9日

量子射频传感器
量子计算机市场是一个新兴热点业务．量子传感器市场也是如此，一些实体正在为一系列应用开发这项技术。

“量子传感器利用量子态进行测量，”查尔姆斯理工大学表示。“它们利用了量子态对扰动极其敏感的事实——这意味着它们也有可能成为极其敏感的测量仪器。”

量子传感器有多种应用。这些组件可以被集成到测量仪器、射频系统和其他设备中。这些系统有望克服当今技术的局限性。

在这方面的一个例子是，美国国防高级研究计划局(DARPA)启动了一个项目推动射频量子传感器的发展．

该项目被称为量子光圈(QA)计划，由霍尼韦尔、诺斯罗普·格鲁曼公司、ColdQuanta公司和SRI国际公司领导。该小组将开发具有比经典射频技术更高灵敏度、带宽和动态范围的便携式定向射频接收机。该项目将推进称为里德伯格传感器的量子射频传感器技术的发展。

射频广泛应用于当今的商业、工业和军事系统。DARPA负责QA项目的项目经理约翰·伯克(John Burke)说:“今天，商业无线基础设施、频谱使用的构建以及其他方面都受到了德国物理学家海因里希·赫兹(Heinrich Hertz)最初提出的有百年历史的天线理论的指导。”“随着量子技术的引入，我们有能力用一套全新的规则取代天线技术现有的基本限制。Quantum aperture试图在我们访问和使用光谱的方式上创造一种范式转变。”

该项目将推动里德伯格传感器的发展。陆军研究实验室(ARL)表示:“里德伯格传感器使用激光束直接在微波电路上方产生高度激发的里德伯格原子，以增强和细化正在测量的光谱部分。”“里德堡原子对电路电压很敏感，使该设备可以用作射频频谱中广泛信号的敏感探头。”

与当今基于天线的接收机相比，Ryberg传感器有几个优点。Ryberg传感器具有较高的灵敏度和较小的噪声。DARPA表示:“瑞伯格传感器在接收射频频率波长方面没有这种尺寸限制。”“这种孔径形状和射频频率的解耦使里德伯格传感器能够在从MHz到THz的大频率范围内编程。”

QA项目的研究人员计划演示一种使用里德伯格传感器的便携式射频接收机系统。该系统将能够在较大的频谱范围内工作——从10MHz到40GHz，甚至更多——只需要一根天线。研究人员还将在一个一立方厘米的封装中开发一个传感器元件及其相关电子器件，该元件可以在所有频率下工作。此外，传感器将利用激光代替电缆布线，使其更能适应高功率效应，并能忍受微波辐射。

Burke指出:“最近里德堡原子传感器的演示已经表明，可以访问大部分RF频谱，但QA的目标是通过不断地连接整个频谱的这些演示来超越这些努力。”“我们正在从一种功能的简单演示转向一种可以通过编程来完成几乎任何事情的设备，并且在大多数情况下比经典接收器做得更好。这包括加快调整传感器的时间，提高对小信号的灵敏度，增强动态范围，扩大与现代信号的兼容性。”

量子接收器
陆军研究实验室(ARL)最近研制出量子接收器．

这项技术可能为电子战、传感和通信等国防应用领域的新型传感器铺平道路。有一天，它可以为战场上的士兵提供一种在单个系统中检测整个射频频谱上的通信信号的方法。

在实验室中，ARL结合了原子射频接收机和频谱分析仪。该系统的核心是一个热里德伯格传感器。据介绍，频谱分析仪“实现了高达- 120的固有灵敏度，直流耦合，4 mhz瞬时带宽和超过80 dB的线性动态范围”物理评论应用ARL这是一本技术期刊。

通过在系统上安装射频天线，ARL的频谱分析仪可以检测整个射频频谱(从零频率到20GHz)中的信号，并检测AM和FM无线电、蓝牙、Wi-Fi和其他通信信号。

ARL研究员凯文·考克斯(Kevin Cox)说:“之前所有的里德堡原子传感器演示都只能感知射频频谱的小而特定的区域，但我们的传感器现在首次在宽频率范围内连续工作。”“这是朝着证明量子传感器可以为我们的士兵提供一套新的、主导的能力迈出的非常重要的一步，我们的士兵正在一个日益复杂的电磁作战空间中作战。

考克斯说:“在里德伯格分析仪集成到现场测试设备之前，仍然需要进行大量的物理和工程工作。”“第一步将是了解如何在传感器尺寸减小的情况下保持和提高设备的性能。美国陆军已成为里德伯格传感器的领先开发商，随着这一未来技术概念迅速成为现实，我们期待更多前沿研究的结果。”

暗物质
美国国家标准与技术研究所(NIST)已经开发了一种新型量子传感器这项技术可以探测到来自暗物质的信号。

理论上，宇宙的4.9%是由可观测物质组成的，比如质子、中子和电子。宇宙中68.3%是暗能量，而剩下的26.8%是暗物质。所以，暗物质存在于宇宙中，但在整个电磁波谱中是看不见的。然而，到目前为止，研究人员还未能直接观察或探测到暗物质。

有几个实体在世界各地的实验室寻找暗物质。如果能找到或探测到暗物质，可能会让研究人员更好地了解宇宙和物质的起源。

NIST的量子传感器由被限制在磁场中的150个铍离子组成。这些离子被配置在一个直径只有百万分之二米的平面二维晶体中。

该传感器可以测量与晶体具有相同振动频率的外部电场，灵敏度是之前演示的任何原子传感器的10倍以上。

“离子晶体可以探测到某些类型的暗物质——例如轴子和隐藏的光子——它们通过弱电场与正常物质相互作用，”NIST的John Bollinger说。“暗物质形成了一个背景信号，其振荡频率取决于暗物质粒子的质量。用超导电路寻找这类暗物质的实验已经进行了十多年。被困离子的运动在不同的频率范围内提供了灵敏度。”

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