Atom-baseret radiomodtager registrerer og viser live farve-tv og videospil

Forskere ved National Institute of Standards and Technology (NIST) har tilpasset deres atombaserede radiomodtager til at detektere og vise live farve-tv og videospil.

Atom-baserede kommunikationssystemer er af praktisk interesse, fordi de kan være fysisk mindre og mere tolerante over for støjende miljøer end konventionel elektronik. Tilføjelse af videokapacitet kan forbedre radiosystemer i f.eks. fjerntliggende steder eller nødsituationer.

NISTs modtager bruger atomer fremstillet i højenergiske "Rydberg"-tilstande, som er usædvanligt følsomme over for elektromagnetiske felter, herunder radiosignaler. Disse sensorer muliggør også signaleffektmålinger knyttet til det internationale system af enheder (SI). Det seneste arbejde, beskrevet i AVS Quantum Science , er den første til at demonstrere videomodtagelse.

"Vi fandt ud af, hvordan man streamer og modtager videoer gennem Rydberg-atomsensorerne," sagde projektleder Chris Holloway. "Nu laver vi videostreaming og kvantespil, streamer videospil gennem atomerne. Vi kodede dybest set videospillet ind på et signal og detekterede det med atomerne. Outputtet føres direkte ind i tv'et."

Forskere bruger to forskellige farvelasere til at fremstille gasformige rubidiumatomer i Rydberg-stater i en glasbeholder. Holdet brugte tidligere opsætningen med cæsiumatomer til at demonstrere den grundlæggende radiomodtager og et "hovedtelefon"-apparat for at øge følsomheden hundrede gange.

For at forberede sig på at modtage video tilføres et stabilt radiosignal til glasbeholderen fyldt med atomer. Holdet kan detektere energiskift i Rydberg-atomerne, der modulerer dette bæresignal. Det modulerede output føres derefter til et fjernsyn. En analog-til-digital-konverter omdanner signalet til et videografikarray-format til visning.

For at vise et live videosignal eller videospil sendes dette input fra et videokamera for at modulere det originale bæresignal, som derefter føres til en hornantenne, der dirigerer transmissionen til atomerne. Forskere bruger det originale bæresignal som reference og sammenligner det med det endelige videooutput, der detekteres gennem atomerne, for at evaluere systemet.

Forskerne undersøgte laserstrålestørrelser, kræfter og detektionsmetoder, der kræves for, at atomerne kan modtage video i standardopløsningsformat. Strålestørrelsen påvirker den gennemsnitlige tid, atomerne forbliver i laserinteraktionszonen. Denne tid er omvendt relateret til modtagerens båndbredde; det vil sige, at en kortere tid og mindre stråle producerer flere data. Det skyldes, at atomer bevæger sig ind og ud af interaktionszonen, så mindre områder resulterer i en højere signal "opdateringshastighed" og bedre opløsning.

Forskere fandt ud af, at små strålediametre (mindre end 100 mikrometer) for begge lasere førte til meget hurtigere reaktioner og farvemodtagelse. Systemet opnåede en datahastighed i størrelsesordenen 100 megabit pr. sekund, hvilket betragtes som en fremragende hastighed til videospil og husholdningsinternet. Forskning er i gang for at øge systemets båndbredde og datahastigheder. + Udforsk yderligere

Brugerdefinerede "hovedtelefoner" øger atomradiomodtagelse 100 gange