Атомная радиосвязь

Исследователи продемонстрировали датчик на основе атома, который может определять направление входящего радиосигнала, еще одну ключевую часть потенциальной атомной системы связи, которая может быть меньше и лучше работать в шумной среде, чем обычные технологии.

Возможность измерения «угла прихода» сигнала помогает обеспечить точность радиолокационной и беспроводной связи, которая необходима для отделения реальных сообщений и изображений от случайных или преднамеренных помех. Настоящая система связи на основе атома принесет пользу 5G и более поздним версиям.

Два разноцветных лазера подготавливают газообразные атомы цезия в крошечной стеклянной колбе или ячейке в высокоэнергетических (ридберговских) состояниях, которые обладают новыми свойствами, такими как чрезвычайная чувствительность к электромагнитным полям. Частота сигнала электрического поля влияет на цвета света, поглощаемого атомами. Атомный «смеситель» принимает входные сигналы и преобразует их в разные частоты. Один сигнал действует как опорный, в то время как второй сигнал преобразуется или расстраивается на более низкую частоту. Лазеры исследуют атомы для обнаружения и измерения различий в частоте и фазе между двумя сигналами. Фаза — это положение электромагнитных волн относительно друг друга во времени.

Смеситель измеряет фазу расстроенного сигнала в двух разных местах внутри атомной паровой ячейки. Основываясь на разнице фаз в этих двух местах, исследователи могут рассчитать направление прихода сигнала. Чтобы продемонстрировать подход, команда измерила разность фаз экспериментального сигнала частотой 19,18 ГГц в двух местах внутри испарительной камеры для разных углов прихода. Они сравнили эти измерения как с симуляцией, так и с теоретической моделью, чтобы проверить новый метод.

Датчики на основе атомов в целом имеют много возможных преимуществ, включая высокоточные и универсальные измерения; то есть везде одинаково, потому что атомы идентичны. Стандарты измерения, основанные на атомах, включают стандарты длины и времени.

При дальнейшем развитии радиоприемники на основе атомов могут иметь много преимуществ по сравнению с обычными технологиями. Например, нет необходимости в традиционной электронике, которая преобразует сигналы в разные частоты для доставки, потому что атомы делают эту работу автоматически. Антенны и приемники могут быть физически меньше, с размерами микрометрового масштаба. Кроме того, атомные системы могут быть менее восприимчивы к некоторым типам помех и шумов.