Nuevo receptor cuántico, el primero en detectar todo el espectro de radiofrecuencia

Un nuevo sensor cuántico puede analizar el espectro completo de radiofrecuencia y señales del mundo real, liberando nuevos potenciales para las comunicaciones.

Los investigadores del ejército de EEUU construyeron el , que puede muestrear el espectro de radiofrecuencia desde la frecuencia cero hasta 20 GHz, y detectar radio AM y FM, Bluetooth, Wi-Fi y otras señales de comunicación.

El sensor Rydberg utiliza rayos láser para crear átomos de Rydberg altamente excitados directamente sobre un circuito de microondas, para aumentar y afinar la parte del espectro que se mide. Los átomos de Rydberg son sensibles al voltaje del circuito, lo que permite que el dispositivo se utilice como una sonda sensible para la amplia gama de señales en el espectro de RF.

“Este es un paso realmente importante para demostrar que los sensores cuánticos pueden proporcionar un nuevo y dominante conjunto de capacidades”, dijo el Dr. Kevin Cox, investigador de la Comando de Desarrollo de Capacidades de Combate del Ejército de EE. UU., Ahora conocido como DEVCOM, Laboratorio de Investigación del Ejército.

El analizador de espectro Rydberg tiene el potencial de superar las limitaciones fundamentales de la electrónica tradicional en sensibilidad, ancho de banda y rango de frecuencia. Debido a esto, el analizador de espectro Rydberg del laboratorio y otros sensores cuánticos tienen el potencial de abrir una nueva frontera.

“Los sensores cuánticos en general, incluido el que se demuestra aquí, ofrecen una sensibilidad y precisión incomparables para detectar una amplia gama de señales de misión crítica”, dijo el investigador del Ejército Dr. David Meyer.

La revista revisada por pares, Physical Review Applied, publicó los hallazgos de los investigadores, el analizador de espectro Rydberg acoplado a guías de ondas de 0 a 20 GigaHerz, coautor de los investigadores del Ejército, los Dres. David Meyer, Paul Kunz y Kevin Cox.

Los investigadores planean un desarrollo adicional para mejorar la sensibilidad de la señal del analizador de espectro Rydberg, con el objetivo de superar la tecnología de vanguardia existente.

“Aún es necesario un esfuerzo significativo de física e ingeniería antes de que el analizador Rydberg pueda integrarse en un dispositivo comprobable en campo”, dijo Cox. “Uno de los primeros pasos será comprender cómo retener y mejorar el rendimiento del dispositivo a medida que disminuye el tamaño del sensor”.

Un sensor cuántico podría detectar señales de comunicación en todo el espectro de radiofrecuencia, de 0 a 100 GHz, dijeron investigadores del Ejército.

Una cobertura espectral tan amplia por una sola antena es imposible con un sistema de receptor tradicional, y requeriría múltiples sistemas de antenas individuales, amplificadores y otros componentes.

En 2018, los científicos del Ejército fueron los primeros en el mundo en crear un receptor cuántico que utiliza átomos súper sensibles y altamente excitados, conocidos como átomos de Rydberg, para detectar señales de comunicaciones, dijo David Meyer, científico del Comando de Desarrollo de Capacidades de Combate del Ejército de EE. UU. Laboratorio de Investigación del Ejército. Los investigadores calcularon la capacidad del canal del receptor, o la velocidad de transmisión de datos, basándose en , y luego lograron ese rendimiento experimentalmente en su laboratorio, mejorando los resultados de otros grupos en órdenes de magnitud, dijo Meyer.

“Estos nuevos sensores pueden ser muy pequeños y virtualmente indetectables, dando una ventaja disruptiva”, dijo Meyer. “Los basados ​​en átomos de Rydberg solo se han considerado recientemente para aplicaciones de detección de campos eléctricos generales, incluso como receptor de comunicaciones. Si bien se sabe que los átomos de Rydberg son ampliamente sensibles, nunca se ha hecho una descripción cuantitativa de la sensibilidad en todo el rango operativo. “

Para evaluar las aplicaciones potenciales, los científicos del Ejército realizaron un análisis de la sensibilidad del sensor Rydberg a los campos eléctricos oscilantes en un rango enorme de frecuencias, de 0 a 10 12 Hertz. Los resultados muestran que el sensor Rydberg puede detectar señales de manera confiable en todo el espectro y comparar favorablemente con otras tecnologías establecidas de sensores de campo eléctrico, como cristales electro-ópticos y electrónica pasiva acoplada a antena dipolo.

“La mecánica cuántica nos permite conocer la calibración del sensor y el rendimiento final en un grado muy alto, y es idéntico para todos los sensores”, dijo Meyer. “Este resultado es un paso importante para determinar cómo se podría utilizar este sistema en el campo”.

Este trabajo respalda las prioridades de modernización en la informática de próxima generación, la posición, la navegación y el tiempo asegurados, ya que podría influir en conceptos novedosos de comunicaciones o enfoques para la detección de señales de RF para la geolocalización.

En el futuro, los científicos del Ejército investigarán métodos para continuar mejorando la sensibilidad para detectar señales aún más débiles y expandir los protocolos de detección para formas de onda más complicadas.

Fuente: phys.org

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