美科學(xué)家證實(shí)量子無線電可助地下水下通信和測繪

美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院(NIST)的科學(xué)家證實(shí)，量子無線電可以在GPS、普通手機(jī)、無線電信息難以抵達(dá)區(qū)域，甚至完全不能工作的地方(例如峽谷、水下和地下)實(shí)現(xiàn)通信和測繪。當(dāng)GPS信號難以穿透水、土壤、建筑物墻壁、摩天大樓時(shí)，難以用于潛艇、掃雷、軍事或救災(zāi)時(shí)，以及無線電信號因瓦礫或電磁設(shè)備干擾的混亂環(huán)境下受阻時(shí)，該技術(shù)可為水手、士兵和測繪員提供技術(shù)支撐。

NIST科學(xué)家正在試驗(yàn)一種低頻磁無線電——一種超低頻(VLF)數(shù)字調(diào)制磁信號。與傳統(tǒng)的電磁通信信號不同，該無線電可以在更高的頻率下穿透建筑材料、水和土壤。超低頻電磁場已經(jīng)在水下通信中得到運(yùn)用，但音頻或視頻的數(shù)據(jù)傳輸能力有限，且只能傳輸單向文本，潛艇還必須拖曳繁瑣的無線電纜，放慢速度并上升到潛望鏡深度(18米或地面以下約60英尺)進(jìn)行通信。低頻通信的最大問題是接收機(jī)靈敏度低，現(xiàn)有發(fā)射機(jī)的帶寬有限，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸速率低。使用量子傳感器將獲得最佳的磁場靈敏度和更長的通信范圍，也可以提供像手機(jī)一樣獲得高帶寬通信的可能性。NIST科學(xué)家依靠銣原子的量子特性制成磁場傳感器來檢測數(shù)字調(diào)制磁信號，并通過改變磁場來調(diào)制或控制頻率，特別是原子產(chǎn)生的水平和垂直的信號波形。科學(xué)家下一步計(jì)劃開發(fā)改進(jìn)發(fā)射機(jī)。

NIST開發(fā)了一種直流磁強(qiáng)計(jì)，其中使用偏振光作為檢測器來監(jiān)測由磁場引起的銣原子“自傳”。除了具有高靈敏度以外，該磁強(qiáng)計(jì)還具有室溫運(yùn)行、體積小、功耗低、成本低、干擾小等特點(diǎn)，不需要移動或校準(zhǔn)。下一步，NIST擬建立和測試一個(gè)定制的量子磁力計(jì)，類似原子鐘，該磁力計(jì)將通過在原子內(nèi)部能級及其它特性之間的切換來監(jiān)測信號，通過提高傳感器靈敏度來擴(kuò)大低頻磁場信號的范圍，更好地抑制噪聲，增加并有效利用傳感器的帶寬。