Os átomos em uma célula de vapor de vidro são excitados com feixes de laser para os estados de Rydberg. Eles detectam os campos elétricos (vindos da antena dourada ao fundo) e imprimem as informações de volta nos feixes de laser. Crédito:Exército dos EUA
Um sensor quântico pode dar aos soldados uma maneira de detectar sinais de comunicação em todo o espectro de radiofrequência, de 0 a 100 GHz, disseram pesquisadores do Exército.
Essa ampla cobertura espectral por uma única antena é impossível com um sistema de receptor tradicional, e exigiria vários sistemas de antenas individuais, amplificadores e outros componentes.
Em 2018, Cientistas do exército foram os primeiros no mundo a criar um receptor quântico que usa altamente excitado, átomos super-sensíveis - conhecidos como átomos de Rydberg - para detectar sinais de comunicação, disse David Meyer, um cientista do Laboratório de Pesquisa do Exército do Comando de Desenvolvimento de Capacidades de Combate do Exército dos EUA. Os pesquisadores calcularam a capacidade do canal do receptor, ou taxa de transmissão de dados, com base em princípios fundamentais, e então alcançou esse desempenho experimentalmente em seu laboratório - melhorando os resultados de outros grupos em ordens de magnitude, Meyer disse.
"Esses novos sensores podem ser muito pequenos e virtualmente indetectáveis, dando aos soldados uma vantagem disruptiva, "Meyer disse." Sensores baseados no átomo de Rydberg só recentemente foram considerados para aplicações gerais de detecção de campo elétrico, inclusive como receptor de comunicações. Embora os átomos de Rydberg sejam amplamente sensíveis, uma descrição quantitativa da sensibilidade em toda a faixa operacional nunca foi feita. "
Os átomos de Rydberg estão opticamente excitados com os estados de Rydberg que detectam campos de radiofrequência de entrada na interpretação deste artista. Crédito:Exército dos EUA
Para avaliar as aplicações potenciais, Cientistas do Exército realizaram uma análise da sensibilidade do sensor Rydberg a campos elétricos oscilantes em uma enorme faixa de frequências - de 0 a 10 12 Hertz. Os resultados mostram que o sensor Rydberg pode detectar sinais de forma confiável em todo o espectro e comparar-se favoravelmente com outras tecnologias de sensor de campo elétrico estabelecidas, tais como cristais eletro-ópticos e eletrônicos passivos acoplados a antena dipolo.
"A mecânica quântica nos permite conhecer a calibração do sensor e o desempenho final em um grau muito alto, e é idêntico para todos os sensores, "Meyer disse." Este resultado é um passo importante para determinar como este sistema pode ser usado no campo. "
Este trabalho apóia as prioridades de modernização do Exército em redes de computadores de próxima geração e posição garantida, navegação e tempo, já que pode potencialmente influenciar novos conceitos de comunicação ou abordagens para detecção de sinais de RF para geolocalização.
No futuro, Os cientistas do Exército irão investigar métodos para continuar a melhorar a sensibilidade para detectar sinais ainda mais fracos e expandir os protocolos de detecção para formas de onda mais complicadas.
