I ricercatori del National Institute of Standards and Technology (NIST) hanno dimostrato un nuovo tipo di sensore che utilizza atomi per ricevere segnali di comunicazione comunemente usati. Questo ricevitore basato su atomi ha il potenziale per essere più piccolo e funzionare meglio in ambienti rumorosi rispetto ai ricevitori radio convenzionali, tra gli altri possibili vantaggi.

Il team del NIST ha utilizzato atomi di cesio per ricevere bit digitali (1 e 0) nel formato di comunicazione più comune, che viene utilizzato nei telefoni cellulari, Wi-Fi e TV satellitare, Per esempio. In questo formato, chiamato sfasamento o modulazione di fase, i segnali radio o altre onde elettromagnetiche vengono spostati l'uno rispetto all'altro nel tempo. L'informazione (o dati) è codificata in questa modulazione.

"Il punto è dimostrare che si possono usare gli atomi per ricevere segnali modulati, "Il capo del progetto Chris Holloway ha detto. "Il metodo funziona su una vasta gamma di frequenze. Le velocità dei dati non sono ancora le più veloci in circolazione, ma ci sono altri vantaggi qui, come se potesse funzionare meglio dei sistemi convenzionali in ambienti rumorosi."

Come descritto in un nuovo documento, il sensore quantistico ha ricevuto segnali basati su metodi di sfasamento del mondo reale. È stata scelta una frequenza di trasmissione di 19,6 gigahertz perché era conveniente per l'esperimento, ma potrebbe anche essere utilizzato in futuri sistemi di comunicazione wireless, Ha detto Holloway.

Il team del NIST ha utilizzato in precedenza la stessa tecnica di base per le applicazioni di imaging e misurazione. I ricercatori utilizzano due laser a colori diversi per preparare gli atomi contenuti in una cella di vapore in stati ad alta energia ("Rydberg"), che hanno nuove proprietà come l'estrema sensibilità ai campi elettromagnetici. La frequenza di un segnale di campo elettrico influenza i colori della luce assorbita dagli atomi.

Nei nuovi esperimenti, il team ha utilizzato un mixer basato su atomi di recente sviluppo per convertire i segnali in ingresso in nuove frequenze. Un segnale a radiofrequenza (RF) funge da riferimento e un secondo segnale RF funge da portante del segnale modulato. Le differenze di frequenza e l'offset tra i due segnali sono state rilevate e misurate sondando gli atomi.

Mentre molti ricercatori hanno precedentemente dimostrato che gli atomi possono ricevere altri formati di segnali modulati, il team del NIST è stato il primo a sviluppare un mixer basato su atomi in grado di gestire lo sfasamento.

A seconda dello schema di codifica, il sistema basato sull'atomo ha ricevuto fino a circa 5 megabit di dati al secondo. Questo è vicino alla velocità dei vecchi, telefoni cellulari di terza generazione (3G).

I ricercatori hanno anche misurato l'accuratezza del flusso di bit ricevuto sulla base di una metrica convenzionale chiamata magnitudo del vettore di errore (EVM). EVM confronta una fase del segnale ricevuto con lo stato ideale e quindi misura la qualità della modulazione. L'EVM negli esperimenti del NIST era inferiore al 10%, che è decente per una prima dimostrazione, Ha detto Holloway. Questo è paragonabile ai sistemi implementati sul campo, Ha aggiunto.

Piccoli laser e celle a vapore sono già utilizzati in alcuni dispositivi commerciali come orologi atomici a scala di chip, suggerendo che potrebbe essere fattibile costruire apparecchiature di comunicazione pratiche basate sull'atomo.

Con ulteriore sviluppo, i ricevitori basati su atomi possono offrire molti vantaggi rispetto alle tecnologie radio convenzionali, secondo la carta. Per esempio, non è necessaria l'elettronica tradizionale che converte i segnali in frequenze diverse per la consegna perché gli atomi fanno il lavoro automaticamente. Le antenne e i ricevitori possono essere fisicamente più piccoli, con dimensioni micrometriche. Inoltre, i sistemi basati su atomi possono essere meno suscettibili ad alcuni tipi di interferenza e rumore. Il miscelatore a base di atomi può anche misurare con precisione campi elettrici deboli.