里德伯原子和神经网络实现多频微波精密探测

4月17日，记者从中国科学技术大学获悉，该校郭光灿院士石、丁东升研究组利用人工智能实现了基于里德堡原子的多频微波精确探测，相关成果日前发表在国际期刊《自然通讯》上。

里德伯原子具有很大的电偶极矩，对微弱电场能产生很强的响应，因此作为一种非常有前途的微波测量系统，受到人们的青睐，并取得了快速发展。然而，基于里德伯原子的微波测量仍然有许多科学问题需要解决，多频微波接收就是其中之一：这是因为多频微波会在原子中引起复杂的干涉图样，严重干扰信号接收和识别。

在前人工作的基础上，基于室温下的铷原子系统，研究人员利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，进一步检验了实验方案对微波噪声的高鲁棒性。

研究结果表明，基于深度学习增强的Ridderborg微波接收机可以一次直接解码20路频分复用(FDM)信号，无需多个带通滤波器等复杂电路。本工作的创新之处在于提出并实现了一种无需求解主方程就能有效探测多频微波电场的方案，既利用了里德伯原子的灵敏度优势，又减少了噪声的影响。

该研究成果为精密测量领域与神经网络的交叉结合提供了重要参考。此外，这一成果还可以应用于同时探测多个目标。评论者高度评价了这一成果：“这项工作中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。”