2026年6月4日——美国陆军科学家在量子传感技术领域取得了一项重大里程碑，这项技术可能会改变战场上电磁信号的探测方式。美国陆军作战能力发展司令部（DEVCOM）陆军研究实验室的科学家首次展示了一种量子传感器，能够测量射频电磁场的完整三维方向。这一突破可为陆军提供提升态势感知能力、增强安全通信以及在战场上实现更快、更明智决策的工具。

“我们在量子科学领域的工作旨在为士兵提供感知和理解周围世界的新方法，”陆军研究实验室研究物理学家大卫·迈耶表示。“这项研究为在单一传感套件中探测和定位宽频率范围内的信号打开了大门，即使在最具挑战性的环境中也能实现。”

在发表于《物理评论应用》的论文中，研究人员描述了基于里德伯原子的新型传感器如何不仅能确定电磁场强度，还能确定三维偏振方向和传播方向（即k矢量）。这是首次使用量子传感器实现此类测量。

传统传感器一次只能测量一个方向的电磁场强度。而陆军研究实验室新开发的传感器能“看见”电磁场的方向和运动，提供完整的三维图像。

与通常必须与所检测信号尺寸相当且往往局限于窄频率范围的传统天线不同，陆军研究实验室的量子传感器与信号尺寸无关，仅几厘米大小，且能在整个射频频谱工作。这一特性源于里德伯原子具有从直流到太赫兹频率的宽带能力，陆军研究实验室的科学家已对此进行了广泛探索。

尽管体积小，该传感器却能以约两度的惊人精度精确定位传入信号的方向，从而打造出一个极为灵活的信号探测平台。

“现代战场是一个极其复杂的射频环境，”迈耶说。“随着自主系统的普及，可能存在数百个不同的信号源。拥有一个能覆盖整个射频频谱并测量这些场三维方向的单一传感器平台，代表了一种潜在的变革性能力，尤其是在频谱感知方面。这是利用量子系统的独特特性来开启现有技术无法实现的新可能性的绝佳例子。”

该传感器使用一个充满铷原子蒸汽的小型玻璃泡。研究人员通过将激光照射玻璃泡，使原子进入特殊的里德伯态——一种高度激发态，使其对电场极为敏感。当无线电波通过时，原子的反应不仅揭示了场的强度，还揭示了其完整的三维方向和运动。

这意味着该传感器不仅能探测无线电信号的存在，还能在三维空间中精确确定信号的来源及其移动方式。

这一最新进展建立在陆军研究实验室此前开发里德伯静电计的工作基础上。2024年，该团队在《物理评论应用》上发表研究成果，展示了该传感器测量射频场偏振方向以及解码偏振中编码信息的能力。该研究还展示了如何校正系统效应（例如蒸汽泡内的反射），为更精确的测量铺平了道路。

这一成就反映了陆军研究实验室在量子研究领域数十年的领先地位。自20世纪90年代初以来，陆军研究实验室和DEVCOM陆军研究办公室一直投资于量子科学，为当今在传感、计时和计算领域的突破奠定了基础。2023年，该实验室被指定为四个陆军量子信息科学研究中心之一。