Квантово радио улавя сигналите без антени и електричество

Полски физици създадоха първия в света изцяло оптичен радиоприемник, работещ единствено с лазерно излъчване. Вместо метални антени или електрически вериги, устройството използва атоми на Ридберг за откриване и декодиране на радиовълните. Приемникът е в състояние да се самокалибрира, да открива слабите сигнали с висока точност и да работи незабележимо, като използва само светлинни лъчи.

Голяма част от цифровата информация в света се пренася в съвременните комуникационни системи чрез радиовълни. За приемането и предаването на тези сигнали се използват стандартни метални антени и преобразуватели. Екип учени от Варшавския университет замени цялата тази инсталация с рубидиеви атоми, поставени в стъклена камера, които се облъчват от три свръхстабилни лазера.

„В нашите експерименти заменихме антената и електронния смесител с нова среда – един вид изкуствено северно сияние“,

обяснява Михал Парняк, ръководител на проекта.

Изследователите от неговия екип от много години усъвършенстват методите за откриване на микровълни, базирани на атоми на Ридберг. Тяхната технология се характеризира със способността си за самокалибриране, висока чувствителност и миниатюрност.

Всеки лазерен лъч прецизно съответства на квантовите енергийни нива на рубидиевите атоми. Електроните реагират, като влизат във високоенергийни орбити, известни като състояния на Ридберг.

Когато радиовълните преминават през камерата, те леко променят това движение на атомите. След това електроните се връщат в по-ниски орбити и излъчват слабо инфрачервено лъчение, носещо кодирания сигнал.

Освен това екипът е успял да реши труден технически проблем, като е поддържал лазерите и атомите в перфектен ритъм. Те са използвали оптични резонатори – вакуумни тръби с огледално покритие, които стабилизират честотата на светлината. Тази система гарантира равномерното движение на електроните и им позволява точно да определят амплитудата и фазата на сигнала.

За разлика от традиционните антени, лазерният приемник не съдържа метални компоненти и не създава смущения. Устройството изисква само рубидиеви пари, лазери и херметически затворен корпус. В бъдеще системата би могла да бъде намалена до размера на малко удебеление на оптично влакно, пише IE. Цялата необходима светлина ще се движи по влакното, а инфрачервеният сигнал ще се връща в обратната посока.

Измерванията могат да се извършват лесно и дискретно на няколко метра от източника на сигнала. Това ниво на точност може да доведе до революция в начина на калибриране на микровълновите полета.

Екипът на д-р Парняк работи с Европейската космическа агенция от началото на 2025 г. за комерсиализиране на лазерния приемник. Целта е да се поставят квантови сензори на сателитите. Технологията има и други приложения – от сензори с ниска степен на наблюдение до сателитни квантови приемници.