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美科学家证实量子无线电可助地下水下通信和测绘

时间:2018-02-05 阅读:
美国国家标准技术研究院(NIST)的科学家证实,量子无线电可以在GPS、普通手机、无线电信息难以抵达,甚至完全不能工作的地方(例如峡谷、水下和地下)实现通信和测绘。

美国国家标准技术研究院(NIST)的科学家证实,量子无线电可以在GPS、普通手机、无线电信息难以抵达,甚至完全不能工作的地方(例如峡谷、水下和地下)实现通信和测绘。当GPS信号难以穿透水、土壤、建筑物墙壁、摩天大楼时,难以用于潜艇、扫雷、军事或救灾时,以及无线电信号因瓦砾或电磁设备干扰的混乱环境下受阻时,该技术可为水手、士兵和测绘员提供技术支撑。

NIST科学家正在试验一种低频磁无线电——一种超低频(VLF)数字调制磁信号。与传统的电磁通信信号不同,该无线电可以在更高的频率下穿透建筑材料、水和土壤。超低频电磁场已经在水下通信中得到运用,但音频或视频的数据传输能力有限,且只能传输单向文本,潜艇还必须拖曳繁琐的无线电缆,放慢速度并上升到潜望镜深度(18米或地面以下约60英尺)进行通信。低频通信的最大问题是接收机灵敏度低,现有发射机的带宽有限,导致数据传输速率低。使用量子传感器将获得最佳的磁场灵敏度和更长的通信范围,也可以提供像手机一样获得高带宽通信的可能性。NIST科学家依靠铷原子的量子特性制成磁场传感器来检测数字调制磁信号,并通过改变磁场来调制或控制频率,特别是原子产生的水平和垂直的信号波形。科学家下一步计划开发改进发射机。

NIST开发了一种直流磁强计,其中使用偏振光作为检测器来监测由磁场引起的铷原子“自传”。除了具有高灵敏度以外,该磁强计还具有室温运行、体积小、功耗低、成本低、干扰小等特点,不需要移动或校准。下一步,NIST拟建立和测试一个定制的量子磁力计,类似原子钟,该磁力计将通过在原子内部能级及其它特性之间的切换来监测信号,通过提高传感器灵敏度来扩大低频磁场信号的范围,更好地抑制噪声,增加并有效利用传感器的带宽。

该成果发表在2017年12月的《Review of Scientific Instruments》杂志上。

(来源:科技部网站)

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