Team viser, at atomer kan modtage almindelige kommunikationssignaler

Forskere ved National Institute of Standards and Technology (NIST) har demonstreret en ny type sensor, der bruger atomer til at modtage almindeligt anvendte kommunikationssignaler. Denne atombaserede modtager har potentialet til at være mindre og fungere bedre i støjende omgivelser end konventionelle radiomodtagere, blandt andre mulige fordele.

NIST-teamet brugte cæsiumatomer til at modtage digitale bits (1s og 0s) i det mest almindelige kommunikationsformat, som bruges i mobiltelefoner, Wi-Fi og satellit-tv, for eksempel. I dette format, kaldet faseskift eller fasemodulation, radiosignaler eller andre elektromagnetiske bølger forskydes i forhold til hinanden over tid. Informationen (eller dataene) er kodet i denne modulation.

"Pointen er at demonstrere, at man kan bruge atomer til at modtage modulerede signaler, " sagde projektleder Chris Holloway. "Metoden fungerer på tværs af et stort udvalg af frekvenser. Datahastighederne er endnu ikke de hurtigste derude, men der er andre fordele her, ligesom det kan fungere bedre end konventionelle systemer i støjende omgivelser."

Som beskrevet i et nyt papir, kvantesensoren modtog signaler baseret på virkelige faseforskydningsmetoder. En transmissionsfrekvens på 19,6 gigahertz blev valgt, fordi det var praktisk til eksperimentet, men det kan også bruges i fremtidige trådløse kommunikationssystemer, sagde Holloway.

NIST-teamet brugte tidligere den samme grundlæggende teknik til billeddannelse og måleapplikationer. Forskere bruger to forskellige farvelasere til at forberede atomer indeholdt i en dampcelle til højenergitilstande ("Rydberg"), som har nye egenskaber såsom ekstrem følsomhed over for elektromagnetiske felter. Frekvensen af ​​et elektrisk feltsignal påvirker farverne af lys, der absorberes af atomerne.

I de nye forsøg, holdet brugte en nyligt udviklet atombaseret mixer til at konvertere inputsignaler til nye frekvenser. Et radiofrekvenssignal (RF) fungerer som en reference, og et andet RF-signal tjener som den modulerede signalbærer. Forskelle i frekvens og offset mellem de to signaler blev detekteret og målt ved at sondere atomerne.

Mens mange forskere tidligere har vist, at atomer kan modtage andre formater af modulerede signaler, NIST-teamet var det første til at udvikle en atombaseret mixer, der kunne håndtere faseskift.

Afhængigt af kodningsskemaet, det atombaserede system modtog op til omkring 5 megabit data i sekundet. Dette er tæt på ældres hastighed, tredje generations (3G) mobiltelefoner.

Forskerne målte også nøjagtigheden af ​​den modtagne bitstrøm baseret på en konventionel metrik kaldet fejlvektorstørrelse (EVM). EVM sammenligner en modtaget signalfase med den ideelle tilstand og måler således modulationskvaliteten. EVM i NIST-eksperimenterne var under 10 procent, hvilket er anstændigt for en første demonstration, sagde Holloway. Dette kan sammenlignes med systemer, der er installeret i marken, han tilføjede.

Små lasere og dampceller bruges allerede i nogle kommercielle enheder, såsom atomure i chipskala, tyder på, at det kunne være muligt at bygge praktisk atombaseret kommunikationsudstyr.

Med videreudvikling, atom-baserede modtagere kan tilbyde mange fordele i forhold til konventionelle radioteknologier, ifølge avisen. For eksempel, der er ikke behov for traditionel elektronik, der konverterer signaler til forskellige frekvenser til levering, fordi atomerne gør jobbet automatisk. Antennerne og modtagerne kan være fysisk mindre, med mikrometermål. Ud over, Atombaserede systemer kan være mindre modtagelige for visse typer interferens og støj. Den atombaserede mixer kan også måle svage elektriske felter præcist.