信息通信技术与政策

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信息通信技术与政策 ›› 2024, Vol. 50 ›› Issue (7): 85-96.doi: 10.12267/j.issn.2096-5931.2024.07.011

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里德堡原子电磁探测技术及应用

Rydberg atomic electromagnetic detection technology and application

贾春阳1,2,3, 陈雪花1,2,3, 丛楠1, 罗文浩1, 张笑楠1, 杨仁福1   

  1. 1.北京量子信息科学研究院,北京 100193
    2.中国科学院物理研究所,北京 100190
    3.中国科学院大学,北京 100049
  • 收稿日期:2024-06-12 出版日期:2024-07-25 发布日期:2024-07-30
  • 通讯作者: 杨仁福
  • 作者简介:
    贾春阳,北京量子信息科学研究院、中国科学院物理研究所、中国科学院大学博士研究生在读,主要从事里德堡原子强电磁探测方面的研究工作
    陈雪花,北京量子信息科学研究院、中国科学院物理研究所、中国科学院大学博士研究生在读,主要从事里德堡原子雷电监测方面的研究工作
    丛楠,北京量子信息科学研究院助理研究员,博士,主要从事里德堡原子宽频带电磁背景探测和定位方面的研究工作
    罗文浩,北京量子信息科学研究院助理研究员,博士,主要从事高灵敏里德堡原子电磁探测方面的研究工作
    张笑楠,北京量子信息科学研究院助理研究员,博士,主要从事里德堡原子电磁探测自动控制方面的研究工作

JIA Chunyang1,2,3, CHEN Xuehua1,2,3, CONG Nan1, LUO Wenhao1, ZHANG Xiaonan1, YANG Renfu1   

  1. 1. Beijing Academy of Quantum Information Sciences, Beijing 100193, China
    2. Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China
    3. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
  • Received:2024-06-12 Online:2024-07-25 Published:2024-07-30
  • Contact: YANG Renfu

摘要:

里德堡原子正在成为一种新型的电磁探测手段。回顾了里德堡原子在电场测量领域的最新研究进展及其在数字通信、微波计量和成像等方面的应用探索。利用里德堡原子的电磁诱导透明和Autler-Townes(AT)分裂效应,可以几乎无扰动地测量微波场的强度、极化、相位和到达角等特性。里德堡原子电磁探测系统作为“原子天线”,可直接溯源至国际单位制从而实现精确的微波无线电计量,在数字通信领域的可行性也已得到验证,并在远小于射频波长的尺度上实现高分辨率近场和远场成像。

关键词: 量子传感, 里德堡原子, 电磁探测, 量子信息

Abstract:

Rydberg atom is becoming a new means of electromagnetic detection. This paper reviews the latest research progress of Rydberg atom in the field of electric field measurement and its application in digital communication, microwave metrology and imaging. Using the electromagnetically induced transparency of Rydberg atoms and the Autler-Townes (AT) splitting effect, the intensity, polarization, phase and arrival angle of the microwave field can be measured almost without disturbance. As an “atomic antenna”, the Rydberg Atomic Electromagnetic Detection system can be traced directly to the International System of Units to achieve accurate microwave radio metrology, and has proven its feasibility in the field of digital communications, enabling high-resolution near-field and far-field imaging at scales far smaller than RF wavelengths.

Key words: quantum sensing, Rydberg atom, electromagnetic detection, quantum information

中图分类号: