我国科学家实现里德堡原子多频微波精密探测

中国科学技术大学郭光灿院士团队石、丁东升利用人工智能实现了基于里德伯原子的多频微波精确探测。相关结果发表于《自然-通讯》。评论者认为：“这项工作展示的结果对原子和分子光物理领域的其他研究人员非常有用，因为它展示了深度学习在原子系统量子增强传感中的未来应用。”

具有大电偶极矩的里德堡原子可以对微弱电场产生强响应，因此作为微波测量系统具有广阔的应用前景。然而，在基于里德伯原子的微波测量领域仍有许多问题需要解决。比如多频微波会在原子中造成复杂的干涉图样，严重干扰信号接收和识别，这是诸多问题之一。

近年来，石和丁东升团队利用里德伯原子系统，重点开展了量子模拟和量子精密测量的科学研究，取得了重要进展。在这项研究中，基于室温下的铷原子系统，团队使用里德伯原子作为微波天线和调制解调器，通过电磁感应透明效应成功探测到相位调制的多频微波场，然后通过深度学习神经网络对接收到的调制信号进行分析，实现了多频微波信号的高保真解调，进一步测试了实验方案对微波噪声的高鲁棒性。

研究结果表明，基于深度学习的Ridderborg微波接收机可以一次直接解码20路频分复用信号，无需多个带通滤波器等复杂电路。

本工作将原子传感和深度学习有机结合，提出并实现了一种无需求解主方程即可有效探测多频微波电场的方案。而且不需要很高的硬件要求就可以达到很高的精度，为精密测量领域和神经网络的交叉结合提供了重要的参考，在通信、雷达探测等领域具有重要的应用前景。