“量子无线电”试验有助于推动更灵敏的射频硬件
英国电信集团的研究人员正在利用一种新的射频无线电接收技术，这种技术可能会使射频硬件的灵敏度成倍提高。2022年5月19日，杰克·赫兹
随着无线通信领域的持续快速发展，该行业将需要能够跟上的硬件。如今，对功耗和无线覆盖的担忧是行业的优先事项，并促使一些人重新考虑传统的射频硬件。
RF无线通信系统的示例框图。图片由Mouser提供
这项技术的一个有希望的方向是将量子物理与射频硬件相结合，形成新的量子无线电技术。为了做到这一点，英国电信集团的研究人员本周发表了一篇新论文，描述了一种新型高灵敏度量子射频传感器在这方面的成功。
在这篇文章中，我们将讨论提高射频灵敏度的必要性、量子物理学中的一些概念以及英国电信的新研究。
对射频灵敏度的需求
在无线通信的世界里，多种趋势正在同时发生。
首先，工程师们正在推动低功耗操作，物联网（IoT）设备等电池供电产品需要确保长电池寿命。实现这一点的一种方法是限制设备的发射功率，这将以牺牲通信覆盖范围和范围为代价降低设备的功耗。
Friis传输公式表明，距离受频率、发射功率和接收机灵敏度的影响。图片由David Steed提供
与此同时，5G等新技术正在使用比前几代更高的频段。更高的载波频率的结果是更大的电磁（EM）衰减和路径损耗，再次导致无线覆盖范围和范围的减小。
该行业的许多需求也与无线覆盖直接冲突。考虑到这一点，大力推动开发灵敏度更高的射频电路。
根据Friis传输公式，在其他条件相同的情况下，每次我们将接收器灵敏度提高12dB，我们的通信范围就会翻倍。因此，通过提高射频接收器硬件的灵敏度，我们可以在不影响范围的情况下实现更低的功率和更高的频率传输。
英国电信的里德堡射频接收器
为了解决这个问题，英国电信的研究人员正在努力制造一种更灵敏的射频接收器。
正如他们在论文中所描述的，研究人员利用一种被称为电磁感应透明（EIT）的量子现象来开发一种新的量子RF接收器。
EIT是一种利用被激发到更高能级的原子（称为里德伯原子）的行为的方法，并且对外部场表现出异常高的灵敏度。这种方法是一种光谱技术，其中调谐到基态的探测激光和调谐到里德伯能级跃迁的耦合激光入射到充满单个原子物种的玻璃细胞上。
在这种设置中，可以基于扰动EIT的外部电场对里德堡原子的状态跃迁的影响，以极高的灵敏度检测它们。
原子EIT系统中的能级。图片由Liu等人提供
在他们的实验中，新的射频传感器利用了里德堡原子对调制射频信号的光学响应，而不是历史上使用恒定射频场的尝试。这项研究代表着首次使用这些方法在3.6 GHz的载波频率上接收到数字编码的消息——这个数字是相关的，因为它是一个商业5G频率。
虽然这项技术仍处于初级阶段，但研究人员声称，他们的方法理论上比传统接收器提供了100多倍的灵敏度。随之而来的是对未来无线设备显著降低功耗和提高续航里程的潜力的巨大影响。
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