【火腿快新闻】前沿 | “量子无线电” 可能在复杂环境中提供新的通讯方式

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NIST物理学家戴维·豪（Dave Howe）将激光束对准圆柱形磁屏蔽内部的一个在玻璃小室内的铷原子。 原子是原子磁力计的核心，被证明是数字调制的磁性超低频信号的接收器。 NIST科学家希望在接收器和发射器方面取得进一步进展，可以改善其在室内长距离通信，更好的应用在城市峡谷，水下和地下的通信和测绘。

照片来源：美国国家标准与技术研究院（NIST）

“量子无线电”可能在复杂环境中提供新的通讯方式

美国国家标准与技术研究院（NIST）的研究人员已经证明，量子物理学可能在GPS、手机和无线电不可靠或根本无法触达的地方（如室内，城市峡谷）以及水下和地下的测绘进行通信。

1月2日NIST宣布该项技术的进展情况。该技术可能在海洋，军事和测量领域开展应用。NIST团队正在试验极低频（VLF）数字调制的磁信号，这种信号比较高频率的传统电磁信号在建筑物，水和土壤中传播得更远。

NIST项目负责人Dave Howe，AD0MR表示：“包括磁性无线电在内的低频通信的最大问题是接收机灵敏度差，现有发射机和接收机的带宽极其有限。这意味着数据传输速率是极其小的 ”

“使用量子传感器获得最佳的磁场灵敏度。原则上增加的灵敏度导致更好的范围。量子方法还提供了像手机一样获得高带宽通信的可能性。该负责人表示，我们需要带宽来与水下音频和其他禁止使用的环境进行通信。

美国国家标准与技术研究院（NIST）的研究人员已经展示了依靠铷原子的量子特性的磁场传感器对数字调制的磁信号的检测。 NIST技术通过改变磁场来调制或控制原子产生的频率 - 特别是信号波形的水平和垂直位置。

NIST开发了一种直流磁强计，利用偏振光作为检测器来测量由磁场引起的微小玻璃池中铷原子的“自旋”。原子的自旋速率的变化对应于直流磁场中的振荡，在光检测器处产生对通信更有用的交流电压。

Howe表示：“原子反应速度非常快，灵敏度非常高。 “传统通信涉及带宽和灵敏度之间的折衷。我们现在可以同时使用量子传感器。“Howe推测业余无线电应用。

Howe告诉ARRL：“在室温下，量子收音机非常有趣，它比任何其他接收机的灵敏度都要好得多。 “气室中的原子取代了传统意义上的”天线“和检波。在2200米波段使用量子接收机进行调制将是一件好事。“未来，NIST团队计划开发改进的发射机。

在NIST的测试中，传感器检测到强度为1皮考特斯 - 地球磁场强度的百万分之一的数字调制磁场信号，频率低于1千赫兹。

为了进一步提高性能，NIST团队正在建立和测试一个定制的量子磁力计。 Howe表示，像原子钟一样，该器件将通过在原子的内部能级以及其他性质之间进行切换来检测信号。研究人员希望通过提高传感器的灵敏度来扩大低频磁场信号的范围，更有效地抑制噪声，增加并有效利用传感器的带宽。

Howe表示，NIST的战略是需要开拓一个结合了量子物理学和低频磁无线电的全新领域。

source:ARRL

小贴士：

量子通信是不是整个宇宙都能通信?

量子通信有两个局限性，注定只能作为短距密钥通信使用：

第一，量子无法实现广播通信。当代无线通信技术是建立在广播信息传输之上的。当我们打电话时，所以信号塔都能收到，相反也能让我们收到信号塔的信号。这种双向广播通信，保证了通信信息款度。量子通信恰恰因为过于抗干扰，无法实现广播传输，无法使其完全替代无线电通信。

其二，量子信息交换方式。量子信息交换需要光学设备或其它设备定向传输。这里的定向通信与激光通信差不多，可能在抗干扰上强于激光。远程通信必须接受与发射设备对焦，出现移位便通信中断。有次可想而知，量子通信的安全性，是有所牺牲的，这样的牺牲恰恰使其失去了星际传输，对无线电通信完全替代的可能。

另外，量子传输波也是有能力消耗的，过远的信息传输将会导致量子纠缠出现错误使传递的信息失真。所以，整个宇宙通信，当前的量子技术理论上可行，技术上做不到。

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