Ricercatori del National Institute of Standards and Technology (NIST) e collaboratori hanno dimostrato un sensore basato su atomi in grado di determinare la direzione di un segnale radio in arrivo, un'altra parte fondamentale per un potenziale sistema di comunicazione atomica che potrebbe essere più piccolo e funzionare meglio in ambienti rumorosi rispetto alla tecnologia convenzionale.

I ricercatori del NIST hanno precedentemente dimostrato che gli stessi sensori basati su atomi possono ricevere segnali di comunicazione comunemente usati. La capacità di misurare "l'angolo di arrivo" di un segnale aiuta a garantire l'accuratezza delle comunicazioni radar e wireless, che hanno bisogno di separare messaggi e immagini reali da interferenze casuali o deliberate.

"Questo nuovo lavoro, insieme al nostro precedente lavoro su sensori e ricevitori basati su atomi, ci avvicina di un passo a un vero sistema di comunicazione basato sull'atomo a vantaggio del 5G e oltre, ", ha dichiarato il capo progetto Chris Holloway.

Nella configurazione sperimentale del NIST, due laser di colore diverso preparano atomi di cesio gassosi in una minuscola boccetta di vetro, o cella, negli 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.

Un "mixer" basato su atomi prende i segnali in ingresso e li converte in frequenze diverse. Un segnale funge da riferimento mentre un secondo segnale viene convertito o "disaccordato" a una frequenza inferiore. I laser sondano gli atomi per rilevare e misurare le differenze di frequenza e fase tra i due segnali. La fase si riferisce alla posizione delle onde elettromagnetiche l'una rispetto all'altra nel tempo.

Il mixer misura la fase del segnale detuned in due diverse posizioni all'interno della cella a vapore atomico. Sulla base delle differenze di fase in queste due posizioni, i ricercatori possono calcolare la direzione di arrivo del segnale.

Per dimostrare questo approccio, Il NIST ha misurato le differenze di fase di un segnale sperimentale di 19,18 gigahertz in due punti all'interno della cella di vapore per vari angoli di arrivo. I ricercatori hanno confrontato queste misurazioni sia con una simulazione che con un modello teorico per convalidare il nuovo metodo. La frequenza di trasmissione selezionata potrebbe essere utilizzata in futuri sistemi di comunicazione wireless, Ha detto Holloway.

Il lavoro fa parte della ricerca del NIST sulle comunicazioni avanzate, compreso il 5G, lo standard di quinta generazione per le reti cellulari a banda larga, molti dei quali saranno molto più veloci e trasporteranno molti più dati rispetto alle tecnologie odierne. La ricerca sui sensori fa anche parte del programma NIST on a Chip, che mira a portare la tecnologia di misurazione scientifica di livello mondiale dal laboratorio agli utenti ovunque e in qualsiasi momento. I coautori provengono dall'Università del Colorado Boulder e da ANSYS Inc. a Boulder.

I sensori basati su atomi in generale hanno molti possibili vantaggi, in particolare misurazioni altamente accurate e universali, questo è, lo stesso ovunque perché gli atomi sono identici. Gli standard di misurazione basati sugli atomi includono quelli per la lunghezza e il tempo.

Con ulteriore sviluppo, i ricevitori radio basati su atomi possono offrire molti vantaggi rispetto alle tecnologie convenzionali. 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.