Pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) demonstraram um novo tipo de sensor que usa átomos para receber sinais de comunicação comumente usados. Este receptor baseado em átomo tem o potencial de ser menor e funcionar melhor em ambientes barulhentos do que os receptores de rádio convencionais, entre outras vantagens possíveis.

A equipe do NIST usou átomos de césio para receber bits digitais (1s e 0s) no formato de comunicação mais comum, que é usado em telefones celulares, Wi-Fi e TV via satélite, por exemplo. Neste formato, chamado de deslocamento de fase ou modulação de fase, sinais de rádio ou outras ondas eletromagnéticas são deslocadas em relação umas às outras ao longo do tempo. A informação (ou dados) é codificada nesta modulação.

"O objetivo é demonstrar que se pode usar átomos para receber sinais modulados, ", disse o líder do projeto, Chris Holloway." O método funciona em uma ampla gama de frequências. As taxas de dados ainda não são as mais rápidas, mas existem outros benefícios aqui, como se pudesse funcionar melhor do que sistemas convencionais em ambientes barulhentos. "

Conforme descrito em um novo artigo, o sensor quântico recebeu sinais com base em métodos de mudança de fase do mundo real. Uma frequência de transmissão de 19,6 gigahertz foi escolhida porque era conveniente para o experimento, mas também pode ser usado em futuros sistemas de comunicação sem fio, Holloway disse.

A equipe do NIST usava anteriormente a mesma técnica básica para aplicações de imagem e medição. Os pesquisadores usam dois lasers de cores diferentes para preparar átomos contidos em uma célula de vapor em estados de alta energia ("Rydberg"), que têm novas propriedades, como extrema sensibilidade a campos eletromagnéticos. A frequência de um sinal de campo elétrico afeta as cores da luz absorvida pelos átomos.

Nos novos experimentos, a equipe usou um mixer baseado em átomo desenvolvido recentemente para converter os sinais de entrada em novas frequências. Um sinal de radiofrequência (RF) atua como referência e um segundo sinal de RF atua como portadora de sinal modulado. As diferenças na frequência e o deslocamento entre os dois sinais foram detectados e medidos sondando os átomos.

Embora muitos pesquisadores tenham mostrado anteriormente que os átomos podem receber outros formatos de sinais modulados, a equipe do NIST foi a primeira a desenvolver um misturador baseado em átomo que poderia lidar com a mudança de fase.

Dependendo do esquema de codificação, o sistema baseado em átomo recebeu até cerca de 5 megabits de dados por segundo. Isso é próximo à velocidade dos antigos, telefones celulares de terceira geração (3G).

Os pesquisadores também mediram a precisão do fluxo de bits recebido com base em uma métrica convencional chamada magnitude do vetor de erro (EVM). EVM compara uma fase de sinal recebido ao estado ideal e, assim, mede a qualidade da modulação. O EVM nos experimentos NIST estava abaixo de 10 por cento, o que é decente para uma primeira demonstração, Holloway disse. Isso é comparável aos sistemas implantados no campo, ele adicionou.

Pequenos lasers e células de vapor já são usados ​​em alguns dispositivos comerciais, como relógios atômicos em escala de chip, sugerindo que pode ser viável construir equipamentos de comunicação baseados em átomos práticos.

Com mais desenvolvimento, receptores baseados em átomos podem oferecer muitos benefícios em relação às tecnologias de rádio convencionais, de acordo com o jornal. Por exemplo, não há necessidade de eletrônicos tradicionais que convertem sinais em frequências diferentes para entrega, porque os átomos fazem o trabalho automaticamente. As antenas e receptores podem ser fisicamente menores, com dimensões em escala micrométrica. Além disso, sistemas baseados em átomos podem ser menos suscetíveis a alguns tipos de interferência e ruído. O misturador baseado em átomos também pode medir campos elétricos fracos com precisão.