新型量子射频系统或将取代及超越传统天线

一种全新的量子射频（RF）系统，可能在受干扰环境中超越传统天线的效能。这项技术利用原子作为主要感测介质，以雷射监测无线电波如何扰动原子，以减少对传统射频前端元件的依赖，适应当今“更容易被干扰、被伪造、被遮蔽或被淹没”的对抗性环境。

大多数人将量子技术与未来电脑联想在一起，但总部位于科罗拉多州的Infleqtion公司却押注于，第一个能真正应用于现实世界的重大量子技术突破，或许将发生在射频（RF）感测领域——也就是支撑GPS、雷达、无线通讯、航空导航与军事侦察的核心技术。

该公司近期发布了一种基于原子的新型无线电讯号侦测方法，并将其命名为“量子频谱”（Quantum Spectrum）技术平台。这项技术有望在未来取代传统天线系统的部分组件。

值得关注的是，这项新方法出现的时机，正值全球无线电环境变得日益混乱之际。

“各国政府都依赖射频讯号来进行导航、通讯、威胁侦测、货物运输、空域管理，以及关键基础设施的运作。而如今，这些讯号比以往更容易被干扰、被伪造、被遮蔽或被淹没。”Infleqtion团队指出。

传统射频系统依赖天线与电子硬体，通常只针对有限的频率范围进行最佳化，迫使工程师必须为不同频段建立独立的系统。这带来了设备尺寸、功耗与可靠性方面的挑战，在对抗性环境中尤为突出。

Infleqtion声称，其新方法透过将原子本身作为感测器，有望绕过上述诸多传统系统的限制。

激发态原子成为探测器

这套系统的核心是“里德堡原子”（Rydberg atom）——一种电子被雷射激发至极高能量状态的原子。在这种状态下，原子对包括无线电波在内的微波（Microwave）与无线电场变得极为敏感。

这套系统不依赖传统金属天线来捕捉讯号，而是以雷射监测入射无线电波对原子造成的扰动，再将这些扰动，转换为可进一步推算讯号的频率、方向与强度等资讯。

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这一构想并非全新概念。多年来，物理学家一直在实验室中研究“里德堡原子微波感测”（Rydberg Rydberg Microwave Sensing）技术，因为里德堡原子天然能与极宽频率范围的电磁场相互作用。

然而，要将这一量子现象转化为能在受控实验室条件以外使用的耐用硬体，至今仍困难重重。量子系统对热能、杂讯与环境干扰高度敏感，如何打造一款能在真实环境中部署、尤其是在军事环境中存活的便携式接收器，始终是重大工程挑战。

据Infleqtion的研究人员介绍，其“量子频谱”平台以三步骤量子感测流程取代传统射频前端硬体：

首先，雷射将原子激发至里德堡态；

接着，入射无线电波直接与这些原子相互作用；

最后，光学系统读取原子的微小变化，并将其转换为可用的射频资讯。

由于原子本身充当感测介质，理论上同一台接收器便能覆盖从兆赫兹（MHz）到太赫兹（THz）的庞大频率范围，无需配备多套天线系统。

这项宽频能力是最重要的技术主张之一，因为传统接收器在尝试同时监测频谱多个部分时往往力不从心。基于原子的系统在原理上能以单一（有效接收）孔径（single aperture）侦测跨越极宽频率范围的讯号。“在天线难以胜任的情况下，原子感测器仍可能发挥作用。”研究人员补充道。

Infleqtion团队认为，这将有助于更早发现威胁、在干扰环境中提升性能，并改善对被遮蔽讯号或欺骗性讯号的识别能力。