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Acta Physica Sinica

Long-Distance Microwave Reception Based on Rydberg Atoms

Yipeng XIE, Mingwei Lei, SHI Meng

Published Oct 29, 2026• 0 citations

PDF (CC BY)Publisher

Abstract

里德堡原子因其极大的电偶极矩和极化率，被视为微波电场量子传感中极具潜力的研究路径，在计量基准、无线通信和雷达探测等领域具有广阔的应用前景。然而，基于里德堡原子的高灵敏度微波探测优势与实际工程应用之间长期存在着显著鸿沟，尤其是远距离弱信号接收能力尚未被充分验证。本文研制了基于铯原子阶梯型三能级体系的小型化里德堡原子微波接收样机，将超外差探测技术与微波谐振腔局域场增强技术协同融合，在室外真实环境下成功实现了20 km距离的微波信号接收。实验采用3.785 GHz的微波链路，发射端与接收端分别位于相距约20 km的两个山峰。通过将信号与本振场在原子气室内混频产生中频外差拍频信号，系统在5 Hz分辨率带宽下获得了20 dB的信噪比，对应微波探测灵敏度为-134 dBm/Hz。本文工作不仅验证了量子传感器在复杂室外环境中的远距离工作能力，也为基于量子体系的远程通信、雷达探测及频谱监测等技术发展提供了重要的实验基础与参考。

DOI: 10.7498/aps.76.20261197

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