Kvanttianturi kattaa koko radiotaajuusspektrin

Lasihöyrykennon atomit herätetään lasersäteillä Rydbergin tiloihin. Ne havaitsevat taustan kulta-antennilta tulevat sähkökentät ja leimaavat informaation lasersäteisiin. Kuva: U.S. Army photo

Kvanttianturi voisi antaa sotilaille tavan havaita tietoliikennesignaalit koko radiotaajuusspektrin välillä 0 - 100 GHz, julkistavat armeijan tutkijat.

Tällainen laaja spektripeitto yhdellä antennilla on mahdotonta perinteisellä vastaanotinjärjestelmällä ja se vaatisi useita järjestelmiä yksittäisiä antenneja, vahvistimia ja muita komponentteja.

Vuonna 2018, armeijan tutkijat olivat ensimmäisiä maailmassa luodessaan kvanttivastaanottimen, joka käyttää erittäin virittyneitä ja erittäin herkkiä atomeja - tunnetaan Rydberg atomit - havaitsemaan viestintäsignaaleja, sanoi U.S. Army Combat Capabilities Development Command's Army Research Laboratoryn tiedemies David Meyer.

Tutkijat laskivat vastaanottimen kanavakapasiteetin tai tiedonsiirtonopeuden perusperiaatteiden perusteella ja saavuttivat sitten suorituskyvyn kokeellisesti laboratoriossaan - parantaen muiden ryhmien aiempia tuloksia suuruusluokilla, Meyer lisää.

"Nämä uudet anturit voivat olla hyvin pieniä ja käytännössä huomaamattomia, mikä antaa sotilaille ratkaisevan edun", kommentoi Meyer. "Rydberg-atomiin pohjautuvia antureita on vasta äskettäin harkittu yleisiin sähkökenttäanturoinnin sovelluksiin, myös viestinnän vastaanottimeksi. Vaikka Rydberg-atomien tiedetään olevan laajasti herkkiä, kvantitatiivista kuvausta herkkyydestä koko toiminnalliselta alueelta ei ole koskaan tehty."

Arvioidakseen mahdollisia sovelluksia armeijan tutkijat suorittivat analyysin Rydberg-anturin herkkyydestä värähteleville sähkökentille valtavalla taajuusalueella 0 - 10 ¹² hertsiä.

Tulokset osoittavat, että Rydberg-anturi pystyy luotettavasti havaitsemaan signaalit koko spektrillä ja on verrattavissa suotuisasti muihin vakiintuneisiin sähkökenttäanturitekniikoihin, kuten sähköoptisisiin kiteisiin ja dipoliantenniin kytkettyyn passiiviseen elektroniikkaan.

"Kvanttimekaniikan avulla voimme tietää anturin kalibroinnin ja lopullisen suorituskyvyn erittäin korkealla tasolla ja se on identtinen jokaiselle anturille", Meyer sanoi. "Tämä tulos on tärkeä askel määritettäessä, kuinka tätä järjestelmää voidaan kentällä käyttää."

Tämä työ tukee armeijan modernisoinnin painopisteitä seuraavan sukupolven tietokoneverkoissa ja varman position, navigoinnin ja ajoituksen suhteen, koska se saattaisi vaikuttaa uuden tietoliikenneprotokollan konsepteihin tai tapoihin havaita RF-signaalien maantieteellinen sijainti.

Jatkossa armeijan tieteilijät tutkivat menetelmiä herkkyyden parantamiseksi heikompien signaalien havaitsemiseksi ja laajentavat havaitsemisprotokollia monimutkaisemmille aaltomuodoille.

Aiheesta aiemmin:

Tehokkaampia kvanttiantureita

Atomista audiotallennusta

Kvanttitekninen tutka