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            里德伯原子和神經網絡實現多頻微波精密探測

            2022-04-21 17:02:00 來源:科技日報

            4月17日,記者從中國科學技術大學獲悉,該校郭光燦院士石、丁東升研究組利用人工智能實現了基于里德堡原子的多頻微波精確探測,相關成果日前發表在國際期刊《自然通訊》上。

            里德伯原子具有很大的電偶極矩,對微弱電場能產生很強的響應,因此作為一種非常有前途的微波測量系統,受到人們的青睞,并取得了快速發展。然而,基于里德伯原子的微波測量仍然有許多科學問題需要解決,多頻微波接收就是其中之一:這是因為多頻微波會在原子中引起復雜的干涉圖樣,嚴重干擾信號接收和識別。

            在前人工作的基礎上,基于室溫下的銣原子系統,研究人員利用里德伯原子作為微波天線和調制解調器,通過電磁感應透明效應成功探測到相位調制的多頻微波場。然后,通過深度學習神經網絡對接收到的調制信號進行分析,實現了多頻微波信號的高保真解調,進一步檢驗了實驗方案對微波噪聲的高魯棒性。

            研究結果表明,基于深度學習增強的Ridderborg微波接收機可以一次直接解碼20路頻分復用(FDM)信號,無需多個帶通濾波器等復雜電路。本工作的創新之處在于提出并實現了一種無需求解主方程就能有效探測多頻微波電場的方案,既利用了里德伯原子的靈敏度優勢,又減少了噪聲的影響。

            該研究成果為精密測量領域與神經網絡的交叉結合提供了重要參考。此外,這一成果還可以應用于同時探測多個目標。評論者高度評價了這一成果:“這項工作中展示的結果對原子和分子光物理領域的其他研究人員非常有用,因為它展示了深度學習在原子系統量子增強傳感中的未來應用?!?/p>

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