无线通讯及人工智能不但在技术领域炒得热火朝天,而且引起政商各界的强烈关注。殊不知,另外一个与之相关的科技热点,即利用高能激发态原子传输无线电信号,也有人将它称为“原子无线电”,正在展现从实验室向应用迈进的前景。
作为科学常识和生活中不可或缺的东西,无线电已经伴随人类超过百年。无线电报电话、广播电视、卫星通讯直到今天几乎人不离手的智能手机,无一不依赖无线通讯。技术上从调幅到调频到相位调制,以及从模拟到数字,信号传输的容量、速率和品质都有巨大的提高。采用高能激发态原子接收无线电信号,是通讯领域极具潜力的新发展。
美国在这种“原子无线电”信号传输领域正在取得重大的进展。国家标准技术研究院(NIST)位于科罗拉多州博尔德(Boulder)的科学家,采用激光照射铯原子,使其最外层的电子激发至远离原子中心的轨道上,形成一个超距的外层电子,原子核及其内层电子则构成所谓“原子实”,这样一个可以简化为二体问题的原子被称为处于“里德堡”状态。
在NIST,克里斯托弗·霍洛威(Christopher L. Holloway)及其同事们在实验当中使用两束不同的激光,照射封闭在蒸汽室里的铯原子,将它们激发成为两类不同的里德堡能级状态。里德堡原子对电磁场非常敏感,入射的电磁场信号经过的时候频率发生变化。霍洛威他们采用一束无线电射频作为参考信号,另外一束作为调制信号载波,通过检测两束信号频率和相移的差异接收发射端的信息。

在这之前,其他研究者也已经进行了类似的基于原子的无线电传输试验,但是霍洛威他们是首次利用相移方法实现原子无线电接收的团队。他们的试验传输速率,虽然目前还只达到每秒5兆比特,仅相当于第三代手机,但是不仅未来有巨大的潜力,而且在有强大噪声干扰的环境下,其优势更为明显。
原子无线电信号接收在实用上也是现实可行的。现在市面上已经有芯片级的原子钟、微型激光器和蒸汽电池。除了抗噪之外,原子无线电还有许多独特的优点。它无需专门的频率转换设备,处于里德堡态的原子会自动地完成这一工作,信号接收器甚至可以做到微米级的尺寸。
随着这种新技术的悄然出现,让我们拭目以待,看看未来的通讯领域究竟会走向何方。