信息科學(xué)和傳感領(lǐng)域的量子研究表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景，有助于實(shí)現(xiàn)多種新的國(guó)防應(yīng)用。然而，量子技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室研究向?qū)嶋H應(yīng)用過(guò)渡的一個(gè)主要障礙是：需要大量設(shè)備去冷卻和捕獲原子才能利用其量子特性。

　　據(jù)美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA)2020年9月1日官網(wǎng)報(bào)道，為解決這一問(wèn)題，該局宣布啟動(dòng)“用于新技術(shù)的原子蒸汽科學(xué)”(Science of Atomic Vapors for New Technologies, SAVaNT)項(xiàng)目。該項(xiàng)目旨在提高原子蒸氣在室溫的性能，在未來(lái)為多個(gè)國(guó)防領(lǐng)域的應(yīng)用提供前所未有的小尺寸、低重量、小功率(SWaP)及高性能。

　　據(jù)項(xiàng)目經(jīng)理表示，該項(xiàng)目將探索基于室溫原子蒸氣的一系列新技術(shù)，填補(bǔ)軍事相關(guān)應(yīng)用的重要空白。該項(xiàng)目感興趣的研究方案能顯著提高原子蒸氣在電場(chǎng)傳感和成像、磁場(chǎng)傳感以及量子信息科學(xué)方面的性能。

　　該項(xiàng)目重點(diǎn)關(guān)注熱原子蒸氣，而不是冷原子技術(shù)，后者需要用激光將原子冷卻到非常低的溫度，以減少熱噪聲。這一工藝讓世界上最精確的原子鐘具有前所未有的計(jì)時(shí)精度。但冷卻原子所需的儀器卻可以填滿(mǎn)整個(gè)實(shí)驗(yàn)室，使得實(shí)驗(yàn)室的原子鐘不適合現(xiàn)場(chǎng)使用。熱原子蒸氣方法不需要復(fù)雜的激光冷卻操作，且可作用于更多的原子，從而增強(qiáng)了信號(hào)。該方法面臨的挑戰(zhàn)是熱環(huán)境效應(yīng)。即使在室溫下，這種效應(yīng)也能顯著降低量子效應(yīng)或相干性的持續(xù)時(shí)間。

　　為克服熱效應(yīng)帶來(lái)的限制，該項(xiàng)目的研究人員將在以下三個(gè)技術(shù)領(lǐng)域提出新方法。

　　技術(shù)領(lǐng)域1

　　開(kāi)發(fā)里德堡原子(Rydberg)傳感器，利用原子來(lái)感應(yīng)電場(chǎng)，可為毫米波提供超窄帶寬、高靈敏度的電場(chǎng)探測(cè)。

　　技術(shù)領(lǐng)域2

　　關(guān)注矢量測(cè)磁技術(shù)(Vector Magnetometry)，以實(shí)現(xiàn)小尺寸、低重量、小功率的室溫、準(zhǔn)直流(quasi-DC)磁場(chǎng)傳感器。

　　技術(shù)領(lǐng)域3

　　研究蒸氣量子電動(dòng)力學(xué)，使量子網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵部件能在室溫工作，而當(dāng)前的方法需要低溫或者激光冷卻及捕獲。

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