在20世纪50年代,原子钟彻底改变了精确的计时。现在,我们可能正处于所谓的“原子无线电”的边缘,这要归功于一种新型天线的发展,这种天线能够接收频率跨度为4个倍频范围的信号,从而高度抵抗电磁干扰。

天线是典型的金属棒的集合,它接收通过的无线电波并将其能量转换成电流,然后将其放大。有人可能会说,优良的老式无线电天线自20世纪初以来就能很好地为我们提供服务,为什么我们需要用别的东西来取代它呢?

Rydberg技术公司的David Anderson认为,天线依赖于波长的大小,所以它们的大小取决于它们试图测量的信号的波长(它们需要大约是它们被设计来接收的波长的一半大小)。这意味着你需要几个不同尺寸的天线来测量不同的无线电频率。

Anderson是发表在arXiv上的一篇新论文的合著者,该论文描述了一种替代传统天线的新方法,该方法基于充满所谓“里德伯原子”气体的蒸气腔。这就意味着原子处于一种特殊的激发态,远远高于它们的基态(最低能量)。这使得它们对通过的电场特别敏感,比如无线电波的交变磁场。总之,你所需要的只是一种检测这些相互作用的方法,然后把它们变成量子传感器。

你可以设计在任何频率工作的接收机,也可以更容易地避免有意的电磁干扰

Rydberg技术团队意识到,他们可以用调到正确临界频率的激光来清除充满激发钯原子的蒸汽腔。这使得原子饱和,因为它们不能吸收更多的光,从而第二束激光就可以直接穿过原子,有效地使气体透明。这种转变发生的临界频率会随着电波的通过而改变,因此来自第二束激光的光也会随之闪烁。蒸气腔成为一个纯光学无线电波探测器,不需要任何电线或电路。

Anderson说,除此之外,它还能测量脉冲和调制的无线电波磁场,这就是信息通过无线电波传输的方式。他们已经用AM和FM微波对这个概念进行了测试,以传输不同团队成员唱“玛丽有只小羊羔”的录音——是为了向托马斯·爱迪生致敬,他在1877年发明留声机时也唱过这首歌。

蒸气腔的全光学特性意味着,即使它们受到像太阳耀斑那样的强烈电磁辐射的冲击,也不会因为没有电路而永久受损。这是电网或某些防御系统和卫星的主要问题。最近,美国驻古巴和中国大使馆遭受了一系列疑似微波袭击,但原子天线不会因此受到太大影响。这些电池是安全通信的理想选择。

探测器的电池非常小,只有毫米大小,有可能进一步缩小。但是,他们需要一个重要的备份系统来操作,因为它还没有小型化。Anderson说:“今天的汽车仪表盘里还装不下无线电设备。”“但是原子钟为我们现在所称的量子技术铺平了道路”,它们最初是作为大型桌面设备出现的。最终,科学家们找到了使它们变得足够小以适应商业系统的方法。

Anderson预见了原子无线电会有的类似轨迹。在接下来的几年里,他确信他们将会有一个手提箱大小的系统,可以很好地安装在飞机或轮船上。也许有一天,这些蒸汽腔将取代那些讨厌的汽车天线,让它们变得更美观些。