水下通信是潛航器與外界信息傳輸的關鍵技術，是支撐海洋強國的重要戰略科技力量。由于海洋環境的復雜性，水下通信面臨著諸多挑戰，如普通電磁波信號在水下衰減快、傳輸距離短；水下噪聲干擾大，嚴重影響通信質量；水下通信設備對于體積和功耗的限制也間接增加了通信的難度；同時水下通信的安全性問題也不容忽視。

      面對這些挑戰，現代水下通信采用了多種技術手段，如超長波通信、甚長波通信和水聲通信等。其中超長波和甚長波通信能夠實現較遠的通信距離，但傳統接收天線方向性強，存在輻射盲區；水聲通信可以實現水下信號直接接收，但通信區域覆蓋有限，且只能實現單向通信。實際應用的水下通信需要綜合考慮隱蔽性、通信距離、通信穩定性等因素，往往采取多種技術和手段相結合的策略。其中，超低頻電磁波（30-300Hz）由于其獨特的優勢，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，可達數千甚至數萬公里，對海水的穿透性較好，衰減約0.3dB/m，信號傳輸穩定可靠。例如，美國的Saguine系統使用76Hz，而俄羅斯的ZEVS系統則使用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、抗干擾能力強等特點。原理上，里德堡原子無線電接收機可響應DC-500GHz范圍內的電磁波信號，但由于原子氣室壁對氣體原子的吸附效應，使得原子氣室對低頻的電磁波存在強的屏蔽效應。2020年美國桑迪亞國家實驗室的Yuan-Yu Jau等人利用特殊的材料（藍寶石)，可將探測頻率降低到770Hz[Phys.Rev. Appl. 13, 054034 (2020)]，但還不能接收超低頻電磁波。最新，Yi-Hsin Chen教授團隊結合特殊的原子操控手段，減緩了原子氣室壁對銣原子的吸附速率，在實驗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的能力。

      里德堡原子無線電接收機的工作頻段已經完全覆蓋了超低頻通信的頻率范圍。進一步，里德堡原子天線的諸多優勢也有望拓展到超低頻水下通信，如里德堡原子天線相對帶寬較寬，可突破傳統天線的chu極限，在原理上可極大提高超低頻通信接收機的帶寬，從而將超低頻通信的速率提高至少一個量級，極大提升水下通信的能力，滿足海洋強國戰略需求。

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