Gli atomi in una cella a vapore di vetro sono eccitati con raggi laser agli stati di Rydberg. Rilevano i campi elettrici (provenienti dall'antenna dorata sullo sfondo) e ristampano le informazioni sui raggi laser. Credito:Esercito degli Stati Uniti
Un sensore quantistico potrebbe fornire ai soldati un modo per rilevare i segnali di comunicazione sull'intero spettro delle radiofrequenze, da 0 a 100 GHz, hanno detto i ricercatori dell'esercito.
Una copertura spettrale così ampia da parte di una singola antenna è impossibile con un sistema ricevitore tradizionale, e richiederebbe più sistemi di antenne individuali, amplificatori e altri componenti.
Nel 2018, Gli scienziati dell'esercito sono stati i primi al mondo a creare un ricevitore quantistico che utilizza altamente eccitato, atomi supersensibili, noti come atomi di Rydberg, per rilevare segnali di comunicazione, disse David Meyer, uno scienziato presso il laboratorio di ricerca dell'esercito del comando di sviluppo delle capacità di combattimento dell'esercito degli Stati Uniti. I ricercatori hanno calcolato la capacità del canale del ricevitore, o velocità di trasmissione dei dati, basata su principi fondamentali, e poi hanno ottenuto quella prestazione sperimentalmente nel loro laboratorio, migliorando i risultati di altri gruppi di ordini di grandezza, ha detto Meyer.
"Questi nuovi sensori possono essere molto piccoli e praticamente non rilevabili, dando ai soldati un vantaggio dirompente, " Ha detto Meyer. "I sensori basati su atomi di Rydberg sono stati considerati solo di recente per applicazioni di rilevamento di campi elettrici generali, anche come ricevitore di comunicazioni. Mentre gli atomi di Rydberg sono noti per essere ampiamente sensibili, una descrizione quantitativa della sensitività su tutto il range operativo non è mai stata fatta."
Gli atomi di Rydberg sono otticamente eccitati agli stati di Rydberg che rilevano i campi di radiofrequenza in entrata nell'interpretazione di questo artista. Credito:Esercito degli Stati Uniti
Per valutare le potenziali applicazioni, Gli scienziati dell'esercito hanno condotto un'analisi della sensibilità del sensore Rydberg ai campi elettrici oscillanti su un'enorme gamma di frequenze, da 0 a 10 12 Hertz. I risultati mostrano che il sensore Rydberg può rilevare in modo affidabile i segnali sull'intero spettro e confrontarsi favorevolmente con altre tecnologie consolidate di sensori di campo elettrico, come i cristalli elettro-ottici e l'elettronica passiva accoppiata ad antenna a dipolo.
"La meccanica quantistica ci consente di conoscere la calibrazione del sensore e le prestazioni massime a un livello molto alto, ed è identico per ogni sensore, " Meyer ha detto. "Questo risultato è un passo importante nel determinare come questo sistema potrebbe essere utilizzato sul campo".
Questo lavoro supporta le priorità di modernizzazione dell'esercito nelle reti di computer di nuova generazione e nella posizione assicurata, navigazione e tempi, in quanto potrebbe potenzialmente influenzare nuovi concetti di comunicazione o approcci alla rilevazione di segnali RF per la geolocalizzazione.
Nel futuro, Gli scienziati dell'esercito studieranno metodi per continuare a migliorare la sensibilità per rilevare segnali ancora più deboli ed espandere i protocolli di rilevamento per forme d'onda più complicate.
