水下通信是潛航器與外界信息傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)，是支撐海洋強(qiáng)國(guó)的重要戰(zhàn)略科技力量。由于海洋環(huán)境的復(fù)雜性，水下通信面臨著諸多挑戰(zhàn)，如普通電磁波信號(hào)在水下衰減快、傳輸距離短；水下噪聲干擾大，嚴(yán)重影響通信質(zhì)量；水下通信設(shè)備對(duì)于體積和功耗的限制也間接增加了通信的難度；同時(shí)水下通信的安全性問題也不容忽視。

      面對(duì)這些挑戰(zhàn)，現(xiàn)代水下通信采用了多種技術(shù)手段，如超長(zhǎng)波通信、甚長(zhǎng)波通信和水聲通信等。其中超長(zhǎng)波和甚長(zhǎng)波通信能夠?qū)崿F(xiàn)較遠(yuǎn)的通信距離，但傳統(tǒng)接收天線方向性強(qiáng)，存在輻射盲區(qū)；水聲通信可以實(shí)現(xiàn)水下信號(hào)直接接收，但通信區(qū)域覆蓋有限，且只能實(shí)現(xiàn)單向通信。實(shí)際應(yīng)用的水下通信需要綜合考慮隱蔽性、通信距離、通信穩(wěn)定性等因素，往往采取多種技術(shù)和手段相結(jié)合的策略。其中，超低頻電磁波（30-300Hz）由于其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，成為了深水通信的理想解決方案。這一頻段的電磁波傳播距離遠(yuǎn)，可達(dá)數(shù)千甚至數(shù)萬(wàn)公里，對(duì)海水的穿透性較好，衰減約0.3dB/m，信號(hào)傳輸穩(wěn)定可靠。例如，美國(guó)的Saguine系統(tǒng)使用76Hz，而俄羅斯的ZEVS系統(tǒng)則使用82Hz。然而，超低頻通信的傳輸速率受限于接收信噪比和帶寬，通常低于0.1bit/s。

      里德堡原子天線具有可溯源、超寬帶、高靈敏度、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。原理上，里德堡原子無(wú)線電接收機(jī)可響應(yīng)DC-500GHz范圍內(nèi)的電磁波信號(hào)，但由于原子氣室壁對(duì)氣體原子的吸附效應(yīng)，使得原子氣室對(duì)低頻的電磁波存在強(qiáng)的屏蔽效應(yīng)。2020年美國(guó)桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的Yuan-Yu Jau等人利用特殊的材料（藍(lán)寶石)，可將探測(cè)頻率降低到770Hz[Phys.Rev. Appl. 13, 054034 (2020)]，但還不能接收超低頻電磁波。最新，Yi-Hsin Chen教授團(tuán)隊(duì)結(jié)合特殊的原子操控手段，減緩了原子氣室壁對(duì)銣原子的吸附速率，在實(shí)驗(yàn)上將電磁屏蔽的頻率降低到了10Hz [arxiv 2402.01430]，具備了接收水下通信信號(hào)的能力。

      里德堡原子無(wú)線電接收機(jī)的工作頻段已經(jīng)完全覆蓋了超低頻通信的頻率范圍。進(jìn)一步，里德堡原子天線的諸多優(yōu)勢(shì)也有望拓展到超低頻水下通信，如里德堡原子天線相對(duì)帶寬較寬，可突破傳統(tǒng)天線的chu極限，在原理上可極大提高超低頻通信接收機(jī)的帶寬，從而將超低頻通信的速率提高至少一個(gè)量級(jí)，極大提升水下通信的能力，滿足海洋強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略需求。

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