Forskere skaber kvantesensorer, der dækker hele radiofrekvensspektret

En kvantesensor kunne give soldater en måde at detektere kommunikationssignaler over hele radiofrekvensspektret, fra 0 til 100 GHz, sagde forskere fra hæren.

En så bred spektral dækning med en enkelt antenne er umulig med et traditionelt modtagersystem, og ville kræve flere systemer af individuelle antenner, forstærkere og andre komponenter.

I 2018, Hærens videnskabsmænd var de første i verden til at skabe en kvantemodtager, der bruger meget ophidsede, superfølsomme atomer - kendt som Rydberg-atomer - til at detektere kommunikationssignaler, sagde David Meyer, en videnskabsmand ved U.S. Army Combat Capabilities Development Command's Army Research Laboratory. Forskerne beregnede modtagerens kanalkapacitet, eller datatransmissionshastighed, baseret på grundlæggende principper, og opnåede derefter den præstation eksperimentelt i deres laboratorium - og forbedrede andre gruppers resultater i størrelsesordener, sagde Meyer.

"Disse nye sensorer kan være meget små og praktisk talt uopdagelige, give soldater en forstyrrende fordel, " sagde Meyer. "Rydberg-atom baserede sensorer er først for nylig blevet overvejet til generelle elektriske feltsanserapplikationer, herunder som kommunikationsmodtager. Mens Rydberg-atomer er kendt for at være bredt følsomme, en kvantitativ beskrivelse af følsomheden over hele operationsområdet er aldrig blevet lavet."

For at vurdere potentielle ansøgninger, Hærens forskere udførte en analyse af Rydberg-sensorens følsomhed over for oscillerende elektriske felter over et enormt frekvensområde - fra 0 til 10 ¹² Hertz. Resultaterne viser, at Rydberg-sensoren pålideligt kan registrere signaler over hele spektret og sammenligne sig positivt med andre etablerede elektriske feltsensorteknologier, såsom elektro-optiske krystaller og dipolantennekoblet passiv elektronik.

"Kvantemekanik giver os mulighed for at kende sensorkalibreringen og den ultimative ydeevne i meget høj grad, og det er identisk for hver sensor, " sagde Meyer. "Dette resultat er et vigtigt skridt i at bestemme, hvordan dette system kan bruges i marken."

Dette arbejde understøtter hærens moderniseringsprioriteter i næste generations computernetværk og sikrede position, navigation og timing, da det potentielt kan påvirke nye kommunikationskoncepter eller tilgange til detektion af RF-signaler til geolokalisering.

I fremtiden, Forskere fra hæren vil undersøge metoder til fortsat at forbedre følsomheden til at detektere endnu svagere signaler og udvide detektionsprotokollerne til mere komplicerede bølgeformer.