水下通信是潜航器与外界信息传输的关键技术，是支撑海洋强国的重要战略科技力量。由于海洋环境的复杂性，水下通信面临着诸多挑战，如普通电磁波信号在水下衰减快、传输距离短；水下噪声干扰大，严重影响通信质量；水下通信设备对于体积和功耗的限制也间接增加了通信的难度；同时水下通信的安全性问题也不容忽视。

      面对这些挑战，现代水下通信采用了多种技术手段，如超长波通信、甚长波通信和水声通信等。其中超长波和甚长波通信能够实现较远的通信距离，但传统接收天线方向性强，存在辐射盲区；水声通信可以实现水下信号直接接收，但通信区域覆盖有限，且只能实现单向通信。实际应用的水下通信需要综合考虑隐蔽性、通信距离、通信稳定性等因素，往往采取多种技术和手段相结合的策略。其中，超低频电磁波（30-300Hz）由于其独特的优势，成为了深水通信的理想解决方案。这一频段的电磁波传播距离远，可达数千甚至数万公里，对海水的穿透性较好，衰减约0.3dB/m，信号传输稳定可靠。例如，美国的Saguine系统使用76Hz，而俄罗斯的ZEVS系统则使用82Hz。然而，超低频通信的传输速率受限于接收信噪比和带宽，通常低于0.1bit/s。

      里德堡原子天线具有可溯源、超宽带、高灵敏度、抗干扰能力强等特点。原理上，里德堡原子无线电接收机可响应DC-500GHz范围内的电磁波信号，但由于原子气室壁对气体原子的吸附效应，使得原子气室对低频的电磁波存在强的屏蔽效应。2020年美国桑迪亚国家实验室的Yuan-Yu Jau等人利用特殊的材料（蓝宝石)，可将探测频率降低到770Hz[Phys.Rev. Appl. 13, 054034 (2020)]，但还不能接收超低频电磁波。最新，Yi-Hsin Chen教授团队结合特殊的原子操控手段，减缓了原子气室壁对铷原子的吸附速率，在实验上将电磁屏蔽的频率降低到了10Hz [arxiv 2402.01430]，具备了接收水下通信信号的能力。

      里德堡原子无线电接收机的工作频段已经完全覆盖了超低频通信的频率范围。进一步，里德堡原子天线的诸多优势也有望拓展到超低频水下通信，如里德堡原子天线相对带宽较宽，可突破传统天线的chu极限，在原理上可极大提高超低频通信接收机的带宽，从而将超低频通信的速率提高至少一个量级，极大提升水下通信的能力，满足海洋强国战略需求。

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