新型量子射頻系統或將取代及超越傳統天線

北京時間：2026-06-22 09:22

量子天線概念圖。(Shutterstock)

【新唐人北京時間2026年06月22日訊】一種全新的量子射頻（RF）系統，可能在受干擾環境中超越傳統天線的效能。這項技術利用原子作為主要感測介質，以雷射監測無線電波如何擾動原子，以減少對傳統射頻前端元件的依賴，適應當今「更容易被干擾、被偽造、被遮蔽或被淹沒」的對抗性環境。

大多數人將量子技術與未來電腦聯想在一起，但總部位於科羅拉多州的Infleqtion公司卻押注於，第一個能真正應用於現實世界的重大量子技術突破，或許將發生在射頻（RF）感測領域——也就是支撐GPS、雷達、無線通訊、航空導航與軍事偵察的核心技術。

該公司近期發布了一種基於原子的新型無線電訊號偵測方法，並將其命名為「量子頻譜」（Quantum Spectrum）技術平台。這項技術有望在未來取代傳統天線系統的部分組件。

值得關注的是，這項新方法出現的時機，正值全球無線電環境變得日益混亂之際。

「各國政府都依賴射頻訊號來進行導航、通訊、威脅偵測、貨物運輸、空域管理，以及關鍵基礎設施的運作。而如今，這些訊號比以往更容易被干擾、被偽造、被遮蔽或被淹沒。」Infleqtion團隊指出。

傳統射頻系統依賴天線與電子硬體，通常只針對有限的頻率範圍進行最佳化，迫使工程師必須為不同頻段建立獨立的系統。這帶來了設備尺寸、功耗與可靠性方面的挑戰，在對抗性環境中尤為突出。

Infleqtion聲稱，其新方法透過將原子本身作為感測器，有望繞過上述諸多傳統系統的限制。

激發態原子成為探測器

這套系統的核心是「里德堡原子」（Rydberg atom）——一種電子被雷射激發至極高能量狀態的原子。在這種狀態下，原子對包括無線電波在內的微波（Microwave）與無線電場變得極為敏感。

這套系統不依賴傳統金屬天線來捕捉訊號，而是以雷射監測入射無線電波對原子造成的擾動，再將這些擾動，轉換為可進一步推算訊號的頻率、方向與強度等資訊。

這一構想並非全新概念。多年來，物理學家一直在實驗室中研究「里德堡原子微波感測」（Rydberg Rydberg Microwave Sensing）技術，因為里德堡原子天然能與極寬頻率範圍的電磁場相互作用。

然而，要將這一量子現象轉化為能在受控實驗室條件以外使用的耐用硬體，至今仍困難重重。量子系統對熱能、雜訊與環境干擾高度敏感，如何打造一款能在真實環境中部署、尤其是在軍事環境中存活的便攜式接收器，始終是重大工程挑戰。

據Infleqtion的研究人員介紹，其「量子頻譜」平台以三步驟量子感測流程取代傳統射頻前端硬體：

首先，雷射將原子激發至里德堡態；

接著，入射無線電波直接與這些原子相互作用；

最後，光學系統讀取原子的微小變化，並將其轉換為可用的射頻資訊。

由於原子本身充當感測介質，理論上同一台接收器便能覆蓋從兆赫茲（MHz）到太赫茲（THz）的龐大頻率範圍，無需配備多套天線系統。

這項寬頻能力是最重要的技術主張之一，因為傳統接收器在嘗試同時監測頻譜多個部分時往往力不從心。基於原子的系統在原理上能以單一（有效接收）孔徑（single aperture）偵測跨越極寬頻率範圍的訊號。「在天線難以勝任的情況下，原子感測器仍可能發揮作用。」研究人員補充道。

Infleqtion團隊認為，這將有助於更早發現威脅、在干擾環境中提升性能，並改善對被遮蔽訊號或欺騙性訊號的識別能力。

從軍事野外測試到AI「調諧」的量子接收器

目前，該公司正透過美國、英國與澳洲的多項政府資助計劃對這項技術進行測試。「我們正在建造原型機、進行野外試驗，並針對真實環境部署強化這些系統。」研究人員表示。

在美國，研究人員正與陸軍研究實驗室合作，推進名為「魯棒積體量子電磁接收器」（Robust, Integrated Quantum Electromagnetic Receiver，簡稱RIQER）的項目，目標是打造一款可運輸的量子射頻系統，供士兵在GPS訊號不可用或遭受攻擊的環境中使用。

在英國，該公司主導「量子測向」（Quantum Direction Finding，簡稱QuDiFi）項目，旨在精確識別無線電訊號的來源方向，從而改善遠距導航與訊號追蹤能力，尤其是在傳統天線體積過大而難以部署的低頻段。

與此同時，在澳洲，Infleqtion正在研發「量子優化寬頻里德堡原子」（Quantum-Optimized Broadband Rydberg Atom，簡稱QOBRA）接收器，將量子感測與AI演算法相結合，自動「調諧」（Tuning）雷射與系統參數，以最佳化靈敏度與即時頻寬。

[註：在量子射頻中，AI「調諧」（AI-tuned，AI自動調整）是指，透過AI控制雷射的波長、強度或副載波，進而改變里德堡原子的能級分裂（EIT，電磁感應透明效應），以適應不同的入射微波頻率。]

該公司也在著力解決量子技術面臨的最大難題之一：體積問題。許多量子系統依賴龐大的雷射與光學硬體，在實驗室以外難以實際應用。Infleqtion表示，積體光子學（Integrated Photonics，晶片級光子學）技術有望大幅縮減硬體尺寸——據公司估計，目前量子系統超過九成的體積與成本均來自雷射與光子學元件。