刚刚！不用电不用天线，世界上第一台激光量子无线电问世！

一台不用电、不用天线，完全由光驱动、能“隐身”的无线电接收器，诞生了。

2025年10月16日，《自然-通讯》刚刚发表了一项突破性研究，来自波兰华沙大学的物理学家团队，他们成功研制出世界上第一台全光学的量子无线电接收器。这项技术彻底摆脱了传统无线电对金属天线和复杂电子电路的依赖，可能为量子传感、隐蔽通信乃至深空探索领域，推开了一扇通往全新世界的大门。

你知道我们是如何捕捉空气中无形的电波的吗？

从一百多年前马可尼的第一次跨洋通信，到今天你手机里的5G信号，我们一直依赖一个基本工具：天线。天线就像一张为电波编织的“渔网”，用金属的躯体去捕获电磁波的振动。但这张“渔网”本身也是金属，它会反射和干扰电波，就像你下水捕鱼，必然会惊动鱼群一样。

那么，有没有一种可能，我们不再需要这张“网”？有没有一种方法，能让弥漫在空气中的原子，直接为我们“倾听”电波的私语？

答案是肯定的。

科学家们将目光投向了元素周期表里的一个神奇元素——铷（Rb）。他们将铷原子蒸汽封闭在一个小小的玻璃管里，然后用几束颜色、能量都经过精密计算的激光去照射它们。

这几束光就像神话里的“神谕”，赋予了原子一种超能力。在激光的激发下，铷原子的电子会跃迁到一个极不稳定的高能轨道——“里德堡态”。处于这种状态的原子，会变得异常敏感，像一个被吹到极限的气球，任何微小的扰动都能让它产生剧烈反应。

这时侯，当携带着信息的无线电波（微波）悄悄穿过这团原子蒸汽时，奇迹发生了。

电波的能量场会轻微地“触碰”这些高度敏感的原子。这个轻微的触碰，就足以改变它们的量子状态。紧接着，被扰动的电子从高能轨道跌落，并释放出微弱的光子。这些新出现的光子，就原封不动地携带了无线电波的所有信息——频率、振幅、甚至相位。

简单来说，原子把听到的“电波密语”，直接翻译成了“光信号”！

然而，这个想法虽然美妙，但之前的类似技术都有一个致命缺陷：它们虽然用原子取代了天线，但仍然需要一个额外的微波信号源（本地振荡器）来做“背景音”参考，这就像听清耳语需要一个安静的环境一样。这个微波源，本身就需要一根天线。

所以，之前的“原子收音机”，并没有做到真正的“全光学”。

这次，华沙大学的团队决定玩把大的：彻底扔掉那根辅助天线，只用光来解决一切！

他们引入了第三束激光，用三束光的合力来营造一个纯光学的“背景环境”。但新的问题接踵而至，而且更加棘手。三束激光就像三个顶级歌手，虽然实力超群，但要让他们合唱出一首完美和谐的歌，几乎不可能。它们各自微小的频率抖动（相位噪声）会叠加在一起，变成巨大的噪音。

这噪音有多大？就像你想在三个KTV麦霸的鬼哭狼嚎中，听清一只蚊子的嗡嗡声，完全是地狱难度。 信号被彻底淹没在一片模糊之中。

难道这条路走不通？就在所有人都以为这又是一次失败的尝试时，研究人员祭出了绝妙操作。

他们没有去尝试让三个“麦霸”闭嘴——因为那太难了。相反，他们做了一个匪夷所思的决定：再搭一个舞台，让这三个麦霸用同样的方式，再鬼哭狼嚎一次！

具体来说，他们将这三束激光分出一部分，在一个非线性晶体中进行混合，创造出一个不包含任何真实信号的、纯粹由激光噪音构成的“参考信号”。这个信号，完美复刻了主路信号中所有的噪音特征。

然后，通过高速的数字信号处理器（FPGA），他们将主路信号实时地减去这个“纯噪音信号”。

结果令人震惊！

模糊的信号瞬间变得无比清晰，信噪比直接飙升了35分贝！原本被噪音覆盖的微弱信号，现在清晰得如同在耳边响起。

这波操作，相当于给接收器配了一副终极“降噪耳机”，只不过它消除的不是环境噪音，而是激光系统自身的“心魔”。

就这样，一台真正意义上的全光学、无天线、高性能的量子无线电接收器诞生了。它究竟有多牛？

绝对隐身：因为它没有金属部件，所以不会反射或干扰它正在测量的电磁场。它可以像一个幽灵一样，悄无声息地完成探测，让对方毫无察觉。

自带标尺：它的测量精度直接由原子的基本物理常数决定，这意味着它天生就具备“自我校准”的能力，精准无比。

动态范围惊人：它既能捕捉到 176~nV/cm/\sqrt{Hz}的微弱信号，也能承受高达 3.5~mV/cm的强场环境，相当于从蚊子叫到打雷都能听得清清楚楚。

更令人期待的是，这项技术已经走出了实验室。研究团队正与欧洲航天局（ESA）合作，计划将这种量子传感器商业化，并最终部署到卫星上，用于前所未有的高精度空间探测。

也就是说，未来的通信设备，可能只是光纤尽头一个不起眼的小凸起。它安静、隐蔽、无需供电（指探测端），就能以超高的灵敏度洞察着整个电磁空间。

当无线电告别了金属天线，拥抱了光与原子，一个全新的量子通信时代，或许就会悄然叩响大门。

参考文献:

Borówka, S., Mazelanik, M., Wasilewski, W. & Parniak, M. Optically-biased Rydberg microwave receiver enabled by hybrid nonlinear interferometry. Nat Commun 16, 8975 (2025)20.