科羅拉多州的公司 Infleqtion 正在押注量子技術未來的重大突破將首先出現在無線電頻率 (RF) 感應領域，這項技術是 GPS、雷達、無線通信、飛機導航及軍事監控的基礎。該公司最近推出了一種基於原子的無線電信號檢測新方法，未來可能取代傳統天線系統的部分組件。他們將這一方法命名為 Quantum Spectrum。有趣的是，這一新方法的出現正值全球無線電環境日益混亂之際。
Infleqtion 團隊指出：「每個政府都依賴無線電頻率信號來導航、通信、檢測威脅、運輸貨物、管理空域及運行關鍵基礎設施。這些信號現在更容易受到幹擾、欺騙、隱藏和壓倒。」傳統無線電頻率系統依賴天線和電子硬件，這些硬件通常針對有限的頻率範圍進行優化，迫使工程師為不同的頻段構建單獨的系統，從而在尺寸、功耗和可靠性方面帶來挑戰，尤其是在競爭環境中。
Infleqtion 聲稱其新方法可以通過將原子本身作為傳感器來繞過許多這些侷限性。
該系統的核心是 Rydberg 原子，這些原子的電子已通過激光推入極高的激發狀態。在這些狀態下，原子對電磁場，包括無線電波，變得極為敏感。該系統並不依賴傳統的金屬天線來捕捉信號，而是使用激光監測進來的無線電波如何擾動這些原子。這些擾動可以轉換為有關信號頻率、方向及強度的信息。這一理念並不完全新穎，物理學家多年來一直在實驗室中研究基於原子的無線電頻率感應，因為 Rydberg 原子自然可以與非常廣泛的頻率範圍互動。
然而，將這一量子現象轉化為可在控制實驗室條件之外使用的堅固硬件卻一直是個挑戰。
根據 Infleqtion 的研究人員所述，其 Quantum Spectrum 平台通過三步量子感應過程取代傳統的無線電前端硬件。首先，激光使原子進入 Rydberg 狀態；然後，進來的無線電波直接與這些原子互動；最後，光學系統讀取微小的原子變化並將其轉換為可用的無線電頻率信息。
由於原子本身作為感測介質，理論上同一接收器可以在廣泛的頻率範圍內運作，從赫茲到太赫茲，而無需多個天線系統。這種寬頻能力是該系統最重要的聲明之一，因為傳統接收器在同時監測頻譜的多個部分時常常面臨挑戰。基於原子的系統原則上可以使用單一孔徑檢測跨越廣泛頻率範圍的信號。研究人員補充道：「在天線失敗的地方，原子並不會失敗。」
Infleqtion 團隊認為，這將使威脅的早期檢測成為可能，在被幹擾的環境中實現更好的性能，並改善對隱藏或欺騙信號的識別。
該公司已通過美國、英國和澳洲的多個政府支持項目測試這一技術。研究人員表示：「我們正在構建原型，進行現場試驗，並加固這些系統以便於實際應用。」在美國，研究人員正與美國陸軍研究實驗室合作，進行名為 Robust, Integrated Quantum Electromagnetic Receiver (RIQER) 的項目，目標是構建一種可攜帶的量子無線電系統，士兵在 GPS 信號不可用或受到攻擊的環境中可使用。
該公司在英國領導 Quantum Direction Finding (QuDiFi) 項目，以確定無線電信號的精確來源，這將改善長距離導航和信號跟蹤，特別是在傳統天線過大時的低頻率環境。與此同時，在澳洲，Infleqtion 正在開發其 Quantum-Optimized Broadband Rydberg Atom (QOBRA) 接收器，該接收器結合量子感應與自動調整敏感度和帶寬的人工智能算法。
該公司還試圖解決量子技術的一個主要問題：尺寸。許多量子系統依賴於笨重的激光和光學硬件，使其在實驗室之外不切實際。Infleqtion 表示，集成光子學可以顯著縮小硬件的體積。根據該公司的説法，目前量子系統的90%以上的尺寸和成本來自激光和光子學。
儘管「Quantum Spectrum」的宣稱相當大膽，但仍然存在重要問題。該公司展示了原型和政府支持項目，但尚未公開證明基於原子的接收器在現實條件下穩定地超越傳統無線電頻率系統。
此外，科學家們對 Rydberg 原子感測的研究已持續多年，因此最新的公告似乎更像是商業化推進，而非全新的科學突破。技術上仍面臨挑戰。量子傳感器對環境極為敏感，但在實驗室外保持穩定仍然困難，受到振動、熱量、環境噪音和激光系統複雜性等因素的影響。因此，當前 Quantum Spectrum 仍然是一項雄心勃勃的早期技術，但如果成功，無疑將對無 GPS 導航、穩健通信、無人機檢測、電子戰和下一代電信等潛在應用產生重大影響。