里德堡原子攜手神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)多頻率微波精密探測

記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校郭光燦院士團(tuán)隊(duì)史保森、丁冬生課題組利用人工智能實(shí)現(xiàn)了基于里德堡原子多頻率微波的精密探測，相關(guān)成果日前發(fā)表在國際期刊《自然?通訊》上。

里德堡原子具有較大的電偶極矩，可以對微弱的電場產(chǎn)生很強(qiáng)的響應(yīng)，因此作為一個非常有前景的微波測量體系備受人們的青睞，并取得了飛速發(fā)展。盡管如此，基于里德堡原子的微波測量還存在很多科學(xué)問題亟待解決，多頻率微波接收就是其中一項(xiàng)難題：這是因?yàn)槎囝l率微波在原子中會引起復(fù)雜的干涉模式，嚴(yán)重干擾了信號接收與識別。

在前期工作的基礎(chǔ)上，研究人員基于室溫銣原子體系，利用里德堡原子作為微波天線及調(diào)制解調(diào)器，通過電磁誘導(dǎo)透明效應(yīng)成功檢測了相位調(diào)制的多頻微波場，進(jìn)而將接收到的調(diào)制信號通過深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)了多頻微波信號的高保真解調(diào)，并進(jìn)一步檢驗(yàn)了實(shí)驗(yàn)方案針對微波噪聲的高魯棒性。

研究成果表明，基于深度學(xué)習(xí)增強(qiáng)的里德堡微波接收器可允許一次直接解碼20路頻分復(fù)用（FDM）信號，不需要多個帶通濾波器和其他復(fù)雜電路。這項(xiàng)工作的創(chuàng)新之處在于提出并實(shí)現(xiàn)了在不求解主方程的情況下，有效探測多頻率微波電場的方案，既利用了里德堡原子的靈敏度優(yōu)勢，同時也降低了噪聲的影響。

這項(xiàng)研究成果為精密測量領(lǐng)域與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)交叉結(jié)合提供了重要參考。此外，該成果還可以應(yīng)用于同時探測多個目標(biāo)。審稿人高度評價該成果：“該工作展示的結(jié)果對原子分子光物理學(xué)領(lǐng)域的其他研究人員非常有用，因?yàn)樗@示了深度學(xué)習(xí)未來在原子系統(tǒng)量子增強(qiáng)傳感中的應(yīng)用?！?（科技日報記者 吳長鋒）