Atom-gebaseerde radiocommunicatie

Onderzoekers demonstreerden een op atomen gebaseerde sensor die de richting van een binnenkomend radiosignaal kan bepalen, een ander belangrijk onderdeel voor een potentieel atomair communicatiesysteem dat kleiner zou kunnen zijn en beter zou kunnen werken in lawaaierige omgevingen dan conventionele technologie.

De mogelijkheid om de "aankomsthoek" van een signaal te meten, helpt de nauwkeurigheid van radar- en draadloze communicatie te garanderen, die echte berichten en afbeeldingen moeten sorteren van willekeurige of opzettelijke interferentie. Een echt op atomen gebaseerd communicatiesysteem zou 5G en meer ten goede komen.

Twee verschillend gekleurde lasers bereiden gasvormige cesiumatomen voor in een kleine glazen kolf, of cel, in hoogenergetische (Rydberg) staten die nieuwe eigenschappen hebben, zoals extreme gevoeligheid voor elektromagnetische velden. De frequentie van een elektrisch veldsignaal beïnvloedt de kleuren van het licht dat door de atomen wordt geabsorbeerd. Een op atomen gebaseerde "mixer" neemt ingangssignalen en zet ze om in verschillende frequenties. Eén signaal fungeert als referentie, terwijl een tweede signaal wordt omgezet of ontstemd naar een lagere frequentie. Lasers tasten de atomen af ​​om verschillen in frequentie en fase tussen de twee signalen te detecteren en te meten. Fase verwijst naar de positie van elektromagnetische golven ten opzichte van elkaar in de tijd.

De mixer meet de fase van het ontstemde signaal op twee verschillende locaties in de atomaire dampcel. Op basis van de faseverschillen op deze twee locaties kunnen onderzoekers de aankomstrichting van het signaal berekenen. Om de aanpak te demonstreren, heeft het team faseverschillen gemeten van een 19,18-Gigahertz experimenteel signaal op twee locaties in de dampcel voor verschillende invalshoeken. Ze vergeleken deze metingen met zowel een simulatie als een theoretisch model om de nieuwe methode te valideren.

Op atoom gebaseerde sensoren hebben over het algemeen veel mogelijke voordelen, waaronder metingen die zowel zeer nauwkeurig als universeel zijn; dat wil zeggen, overal hetzelfde omdat de atomen identiek zijn. Meetstandaarden op basis van atomen omvatten die voor lengte en tijd.

Met verdere ontwikkeling kunnen op atomen gebaseerde radio-ontvangers veel voordelen bieden ten opzichte van conventionele technologieën. Er is bijvoorbeeld geen behoefte aan traditionele elektronica die signalen omzet naar verschillende frequenties voor levering, omdat de atomen het werk automatisch doen. De antennes en ontvangers kunnen fysiek kleiner zijn, met afmetingen op micrometerschaal. Bovendien zijn op atomen gebaseerde systemen mogelijk minder gevoelig voor bepaalde soorten interferentie en ruis.