该系统不依赖传统金属天线捕捉信号，而是利用激光监测入射无线电波如何扰动原子。
虽然大多数人将量子技术与未来计算机联系在一起，但总部位于科罗拉多州的 Infleqtion 公司却认为，首个进入现实世界的重大量子突破可能发生在射频（RF）传感领域——这是全球定位系统（GPS）、雷达、无线通信、飞机导航和军事监视背后的技术。
该公司最近公布了一种基于原子的无线信号探测新方法，该方法最终有望取代部分传统天线系统。他们将这种方法命名为 Quantum Spectrum（量子频谱）。
有趣的是，这种新方法诞生于全球无线电环境日益混乱之际。
Infleqtion 团队指出：“每个政府都依赖射频信号进行导航、通信、探测威胁、运输货物、管理空域和运行关键基础设施。如今，这些信号更容易被干扰、欺骗、隐藏和压制。”
传统的射频系统依赖天线和电子硬件，这些硬件通常针对有限的频率范围进行优化，迫使工程师为不同频段构建独立系统。这带来了尺寸、功耗和可靠性方面的挑战——尤其是在对抗环境中。
Infleqtion 声称，其新方法可以通过利用原子本身作为传感器来绕过许多此类限制。
将激发态原子转化为无线电探测器
该系统的核心是里德伯原子，即通过激光将电子激发到极高能态的原子。在这些状态下，原子对包括无线电波在内的电磁场变得异常敏感。
该系统不依赖传统金属天线捕捉信号，而是利用激光监测入射无线电波如何扰动原子。然后，这些扰动可以转化为有关信号频率、方向和强度的信息。
这个想法并非全新。物理学家多年来一直在实验室研究基于原子的射频传感，因为里德伯原子能够天然地与非常广泛的频率相互作用。
然而，将这种量子现象转化为可在受控实验室条件之外使用的耐用硬件，已被证明十分困难。量子系统对热量、噪声和环境干扰高度敏感。
构建一种能经受住现实部署（尤其是军事环境）考验的便携式接收器，始终是一项重大的工程挑战。
据 Infleqtion 的研究人员称，其 Quantum Spectrum 平台用一种三步量子传感过程取代了传统射频前端硬件。首先，激光将原子激发到里德伯态。
然后，入射无线电波直接与这些原子相互作用。最后，光学系统读出微小的原子变化，并将其转换为可用的射频信息。由于原子本身充当传感介质，同一台接收器理论上可以在极宽的频率范围（从赫兹到太赫兹）内工作，无需多个天线系统。
这种宽带能力是最重要的宣称优势之一，因为传统接收器在试图同时监测频谱的多个部分时往往会力不从心。
基于原子的系统原则上可以使用单个孔径探测跨越广阔频率范围的信号。研究人员补充说：“天线失效之处，原子不会。”
Infleqtion 团队认为，这可以实现更早的威胁探测，在干扰环境中性能更优，并能更好地识别隐藏或欺骗信号。
从军事现场测试到人工智能调谐的量子接收器
该公司已通过美国、英国和澳大利亚的几个政府支持项目对该技术进行测试。研究人员表示：“我们正在构建原型，进行现场试验，并为现实世界的部署对这些系统进行加固。”
在美国，研究人员正在与陆军研究实验室合作开展一个名为“稳健集成量子电磁接收器”（RIQER）的项目。目标是构建一种可移动的量子射频系统，士兵可在 GPS 信号不可用或遭受攻击的环境中使用。
在英国，该公司正牵头开展“量子测向”（QuDiFi）项目，以确定无线电信号的确切来源方向。这可以改善远程导航和信号跟踪，尤其是在传统天线过于庞大的低频段。
与此同时，在澳大利亚，Infleqtion 正在开发其“量子优化宽带里德伯原子”（QOBRA）接收器，它将量子传感与人工智能算法相结合，可自动调谐系统以获得更好的灵敏度和带宽。
该公司还在努力解决量子技术最大的问题之一：尺寸。许多量子系统依赖笨重的激光器和光学硬件，使得它们在实验室之外不切实际。
Infleqtion 表示，集成光子学可以大幅缩小硬件尺寸。据该公司称，当前量子系统 90% 以上的尺寸和成本来自激光器和光子学。
从无 GPS 导航到电子战
尽管围绕 Quantum Spectrum 的说法颇为大胆，但重要问题依然存在。该公司展示了原型和政府支持的项目，但尚未公开证明基于原子的接收器在现实条件下始终优于传统射频系统。
此外，科学家研究里德伯原子传感已有多年，因此最新公告看起来更像是商业化推进，而非全新的科学突破。
前方还有技术障碍。量子传感器灵敏度极高，但由于振动、热量、环境噪声以及激光系统的复杂性，在实验室外保持稳定仍然困难。
因此，就目前而言，Quantum Spectrum 仍是一项雄心勃勃的早期技术，但如果成功，无疑可能产生重大影响。潜在应用包括无 GPS 导航、弹性通信、无人机探测、电子战和下一代电信。
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