太赫兹辐射位于电磁谱中微波与红外线之间，应用空间广阔。它既可用于无损检测包裹内容物，也可能支撑下一代6G通信；有机化合物光谱分析与精密成像等方向，同样前景清晰。尽管如此，太赫兹频段在精确测量上长期存在缺口，成为限制涉及的应用落地的重要瓶颈。频率梳是一种高精度测量工具，曾因在光学领域的关键贡献获得2005年诺贝尔物理学奖。它可被理解为一把由光或无线电波构成的“精密尺”，其“齿”对应诸多严格定义、均匀分布的频率。通过将未知信号与频率梳上对应的“齿”进行比对，研究人员能够以极高精度确定信号频率。这种“电磁标尺”广泛用于设备校准与调试，覆盖从无线电到光学的多个频段。太赫兹频率梳尤为关键，因为它能在介于无线电与光波之间的频率范围内实现更精细的测量。然而，太赫兹信号振荡速度太快，超出现代电子设备的直接处理能力，也难以用传统光学手段直接记录。过去虽然可以测得梳齿间距和总功率，却难以分辨单个梳齿各自的功率贡献，这成为太赫兹精密测量的核心难题。华沙大学新技术中心物理系与量子光学技术中心的研究团队提出新方案：以瑞德堡原子作为量子传感器，突破上述瓶颈。瑞德堡原子指原子中的单个电子被激光激发到很高的轨道状态。电子轨道“膨胀”后，原子对外部电场的响应大幅增强，可作为一种“量子天线”。通过可调激光进行精细调谐，这种量子天线能够选择性响应特定频率的电场，频率覆盖范围可扩展到太赫兹波段。传统的瑞德堡电测通常利用奥特勒-汤斯分裂来测量电场。其优势在于测量结果仅依赖基本原子常数，可给出绝对校准的读数；相比之下，传统天线往往需要在专业实验室完成较复杂的校准流程，而原子体系本身即可作为标准参考。同时，原子丰富的能级结构使传感器能够在很宽的频率范围内连续调谐，从直流一直延伸至太赫兹波段。然而，仅靠瑞德堡原子传感器对极弱太赫兹信号的灵敏度仍有限。为提升探测能力，研究团队在华沙大学自主研发的无线电波转光技术基础上更改进，使其适配太赫兹辐射。在这种混合检测方案中，微弱的太赫兹信号先被转换为光子，再由单光子计数器进行高灵敏探测。该方法将光子探测的高灵敏度与奥特勒-汤斯测量的可校准性结合起来，即使面对极弱信号也能保持可靠测量。基于瑞德堡原子的传感器具备频率梳精确校准所需的关键能力。研究人员采用逐齿调谐方式，观测到数十个梳齿，覆盖宽频范围。依托对原子基本特性的精确掌握，团队实现了对频率梳的直接校准，并确定了各梳齿的强度分布。该成果为超灵敏光谱学提供了新的实现路径，也为可在室温条件下工作的量子传感器发展奠定基础。
太赫兹频段长期被视为“技术鸿沟”，此次以原子常数为标尺的量子测量方案，为跨越此鸿沟提供了可验证的路径。随着测量精度与可用性不断提升，太赫兹技术有望在通信、医学检测与材料科学等领域释放更大价值，并推动精密计量体系向更高频段延展。