Một kỷ nguyên mới cho truyền thông: anten quang lượng tử định nghĩa lại radio

Các nhà nghiên cứu từ Đại học Warsaw đã phát triển một anten quang hoàn toàn có khả năng phát hiện tín hiệu vi sóng mà không cần sử dụng các thành phần kim loại, sử dụng nguyên tử rubidi trong các trạng thái kích thích Rydberg.

Công nghệ này cho phép chuyển đổi trực tiếp pha và biên độ của sóng điện từ thành phát xạ hồng ngoại, loại bỏ giai đoạn trộn điện tử truyền thống và giảm tiếng ồn của hệ thống.

Từ vi sóng đến quang học với độ chính xác lượng tử

Theo bài báo được công bố trên Nature Communications, ăng-ten được cấu tạo từ một tế bào thủy tinh chứa đầy hơi rubidi, được điều khiển bằng ba chùm laser được điều chỉnh chính xác. Những chùm laser này khiến các electron chiếm giữ các trạng thái Rydberg (cực kỳ kích thích, nơi chúng trở nên cực kỳ nhạy cảm với các trường vi sóng.

Khi một sóng radio tác động lên hệ thống, các electron trong trạng thái Rydberg thay đổi quỹ đạo của chúng và, khi trở về trạng thái ban đầu, phát ra bức xạ hồng ngoại mà pha của nó sao chép pha của sóng ban đầu. Bằng cách này, tín hiệu điện từ được <<traslada>> sang miền quang học, cho phép đo lường chính xác pha và biên độ mà không làm nhiễu loạn trường ban đầu.

Một tiến bộ quan trọng của thiết kế này là nó không sử dụng kim loại dẫn điện hay mạch trộn. Thay vào đó, hệ thống sử dụng bộ cộng hưởng quang )<<cavidades ópticas=“”>>( để ổn định các chùm laser và đồng bộ hóa phát xạ lượng tử, đạt được một sự hiệu chỉnh nội bộ với độ nhạy cao.

Các nhà nghiên cứu dự đoán thậm chí sẽ thu nhỏ antenna lượng tử để tích hợp vào sợi quang, vì các laser và phát hiện hồng ngoại có thể được cấp điện từ xa. Điều này sẽ cho phép tạo ra các cảm biến nhỏ gọn và kín đáo để giám sát không gian hoặc trong các môi trường có điều kiện khắc nghiệt.

) Ưu điểm so với radio truyền thống và những thách thức kỹ thuật cần giải quyết

Cách tiếp cận này vượt qua những hạn chế của các hệ thống truyền thống dựa trên antenn kim loại và bộ trộn điện tử ###superheterodinos(, bằng cách loại bỏ nhu cầu về một dao động địa phương để trộn tín hiệu và giảm các nguồn tiếng ồn và biến dạng.

Hơn nữa, việc không có các yếu tố kim loại cho phép thực hiện các phép đo không gây rối, có khả năng phát hiện tín hiệu yếu mà không làm thay đổi trường điện từ, điều này định vị anten lượng tử như một lựa chọn cách mạng so với radio cổ điển.

Tuy nhiên, thách thức chính là duy trì kiểm soát chặt chẽ các laser và các buồng quang học để bảo tồn sự nhất quán lượng tử giữa trạng thái nguyên tử và sóng được thu nhận. Cũng sẽ cần có sự xác thực trong các môi trường thực tế, với tiếng ồn, nhiễu và biến đổi môi trường.

Độ bền của hệ thống vẫn cần được chứng minh trong các kịch bản thực tế, nhưng tiềm năng là rất lớn: cảm biến lượng tử vô hình, truyền thông không gian và hiệu chuẩn đo lường nâng cao có thể được hưởng lợi trực tiếp từ công nghệ này.

)# Hướng tới một radio lượng tử hoạt động

Antenna lượng tử dựa trên trạng thái Rydberg có thể khai mở một kỷ nguyên mới trong đó radio không phụ thuộc vào kim loại hay điện tử cổ điển, mà là vào tính nhất quán lượng tử và quang học độ chính xác cao.

Khả năng cung cấp phát hiện không xâm lấn, hiệu chuẩn nội bộ và tiềm năng thu nhỏ khiến nó trở thành một ứng cử viên lý tưởng cho vệ tinh, cảm biến giám sát kín hoặc các ứng dụng khoa học nhạy cảm.

Mặc dù việc chuyển giao từ phòng thí nghiệm sang sử dụng thực tế sẽ gặp phải những thách thức đáng kể, nhưng đổi mới này mở ra khả năng hoàn toàn định nghĩa lại cách chúng ta thu thập, xử lý và đo lường tín hiệu điện từ trong tương lai.</cavidades></traslada>