Российские ученые предложили новую концепцию радиосвязи с использованием атомного газа из атомов Ридберга в качестве сверхчувствительной антенны. Эти «квантовые антенны» улавливают слабые сигналы и закрученные радиоволны, передавая больше информации. Разработка подходит для компактных раций и устройств для работы в сложных условиях.
Физики Томского госуниверситета создали схему радиоприемников будущего с новой антенной – стеклянными колбами с атомным паром. Эти устройства обещают высокую чувствительность, позволяя улавливать слабые сигналы даже в сложных условиях – под землей или водой. Они могут улучшить связь для спасателей, шахтеров, спелеологов и подводников.
Новое устройство основано на ридберговских атомах, где один электрон находится на очень далекой орбите, что делает их чувствительными к слабым электромагнитным сигналам. В колбе они становятся сверхчувствительными радиоприемниками. Атомы улавливают закрученные радиоволны, чья фаза колебаний формирует спираль, позволяя передавать больше информации за счет орбитального углового момента. Об этом сообщил инженер ТГУ Петр Королев.
Закрученные радиоволны позволяют передавать несколько потоков данных на одной частоте, что изучается в контексте разработки новых стандартов связи, включая 7G. Каждая новая ступень закрутки может быть отдельным каналом, увеличивая эффективность использования частоты.
Атомы Ридберга рассматриваются как сенсоры для зондирования недр, способные точно (до нескольких сантиметров) определять подземные объекты на большой глубине. Это важно для оценки запасов полезных ископаемых и поиска археологических объектов.
Развитие идей квантовых радиоприемников сдерживалось отсутствием компактных детекторов, отметил Петр Королев. Лазерные установки занимают много места, и разработки существуют только в лабораторных версиях. Однако предложенные схемы могут изменить ситуацию.
Атомы Ридберга используют для создания прототипов квантовых приемников. Их помещают в стеклянные ячейки и освещают лазерами, что возбуждает особые квантовые состояния. Измерив потери света, можно восстановить параметры радиосигнала. Передача нескольких потоков данных на одной частоте поможет решить проблему перегруженности эфира и усложнит перехват информации благодаря особой геометрии закрученных волн.
Исследование объединяет квантовую физику и классическую радиотехнику для создания компактных сенсоров и новых систем связи. Профессор Петр Казинский из ТГУ отметил, что это позволит точнее управлять робототехникой и получать больше данных. Алексей Акимов из Российского квантового центра рассказал, что ридберговские атомы уже применяются в детекторах радиоволн и квантовых компьютерах, а также для детектирования волн с орбитальным моментом.
Разработки в области подводной связи остаются востребованными, но электромагнитные волны в привычных диапазонах не распространяются на большие расстояния в соленой воде, сообщил Дмитрий Ильинский из Института океанологии РАН. На сегодня гидроакустика – единственный надежный метод подводной связи. Физики предложили теорию двух схем детекторов закрученных радиоволн на основе атомов Ридберга, объединяющих оптические и радиочастотные методы. Это сложная задача из‑за разницы в энергиях квантовых структур, требующей разных измерительных техник. Теория интересна для детектирования радиосигналов сложной структуры и управления атомными системами структурированными радиоволнами.
Источник: iz.ru
распечатать статью
