中国科大在多频率微波传感领域取得新进展

近日，中国科学威廉希尔官方网站 大学郭光灿院士团队在多频率微波传感领域取得新进展。教授史保森、丁冬生课题组利用人工智能的方法，实现了基于里德堡原子多频率微波的精密探测。相关成果4月14日发表于《自然-通讯》。

图为机器学习解码结果。(a-c)为训练时间不同时，深度学习模型对传输信号的恢复结果。

里德堡原子具有较大的电偶极矩，可以对微弱的电场产生很强的响应，因此作为一个非常有前景的微波测量体系，备受人们青睐。但基于里德堡原子的微波测量领域还存在很多科学问题亟待解决，多频率微波接收就是其中一项难题：这是因为多频率微波在原子中会引起复杂的干涉模式，严重干扰了信号接收与识别。

近年来，史保森、丁冬生团队利用里德堡原子体系，聚焦量子interwetten与威廉的赔率体系 和量子精密测量科学研究，取得了重要进展。在此次研究中，团队基于室温铷原子体系，利用里德堡原子作为微波天线及调制解调器，通过电磁诱导透明效应成功检测了相位调制的多频微波场（频分复用的二进制相移键控信号，一种在数字通信中广泛使用信号传输方式），进而将接收到的调制信号通过深度学习神经网络进行分析，实现了多频微波信号的高保真解调，并进一步检验了实验方案针对微波噪声的高鲁棒性。

该工作有效地解码了一个含噪声二维码的频分复用相移键控信号，准确率高达99.32%。研究成果表明，基于深度学习增强的里德堡微波接收器可允许一次直接解码20路频分复用信号，不需要多个带通滤波器和其他复杂电路。

这项工作的创新之处在于提出并实现了在不求解主方程的情况下，有效探测多频率微波电场的方案，既利用了里德堡原子的灵敏度优势，同时也降低了噪声的影响。该工作将原子传感与深度学习有机结合，为精密测量领域与神经网络交叉结合提供了重要参考。此外，该成果还可以应用于同时探测多个目标。