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美科學家證實量子無線電可助地下水下通信和測繪
來源:科技部  發布時間:2018年01月26日
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  美國國家標準技術研究院(NIST)的科學家證實,量子無線電可以在GPS、普通手機、無線電信息難以抵達,甚至完全不能工作的地方(例如峽谷、水下和地下)實現通信和測繪。當GPS信號難以穿透水、土壤、建筑物墻壁、摩天大樓時,難以用于潛艇、掃雷、軍事或救災時,以及無線電信號因瓦礫或電磁設備干擾的混亂環境下受阻時,該技術可為水手、士兵和測繪員提供技術支撐。

  NIST科學家正在試驗一種低頻磁無線電——一種超低頻(VLF)數字調制磁信號。與傳統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。超低頻電磁場已經在水下通信中得到運用,但音頻或視頻的數據傳輸能力有限,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)進行通信。低頻通信的最大問題是接收機靈敏度低,現有發射機的帶寬有限,導致數據傳輸速率低。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,也可以提供像手機一樣獲得高帶寬通信的可能性。NIST科學家依靠銣原子的量子特性制成磁場傳感器來檢測數字調制磁信號,并通過改變磁場來調制或控制頻率,特別是原子產生的水平和垂直的信號波形。科學家下一步計劃開發改進發射機。

  NIST開發了一種直流磁強計,其中使用偏振光作為檢測器來監測由磁場引起的銣原子“自傳”。除了具有高靈敏度以外,該磁強計還具有室溫運行、體積小、功耗低、成本低、干擾小等特點,不需要移動或校準。下一步,NIST擬建立和測試一個定制的量子磁力計,類似原子鐘,該磁力計將通過在原子內部能級及其它特性之間的切換來監測信號,通過提高傳感器靈敏度來擴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。

  該成果發表在2017年12月的《Review of Scientific Instruments》雜志上。

  
 
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