Bidh atoman Rydberg a’ lorg comharran soilleir bho rèidio inneal-làimhe

Tha Quantum Receivers dìreach air comharra Walkie-Talkie a thogail - Agus tha sin ag atharrachadh a h-uile càil

Airson deicheadan, tha conaltradh rèidio air a bhith an urra ris an aon theicneòlas bunaiteach: antennas meatailt ag atharrachadh tonnan electromagnetic gu comharran dealain. Bidh e ag obair, ach thig e le crìochan corporra cruaidh - cuingealachaidhean meud, cuingealachaidhean tricead, agus so-leòntachd a thaobh bacadh. A-nis, tha luchd-rannsachaidh air rudeigin a nochdadh a dh’ fhaodadh na riaghailtean ath-sgrìobhadh gu tur. A’ cleachdadh dadaman Rydberg - dadaman le dealanan air bhioran gu stàitean lùtha air leth àrd - tha luchd-saidheans air comharran soilleir, so-thuigsinn a lorg a chaidh a ghluasad bho rèidio inneal-làimhe àbhaisteach. Chan e leasachadh beag air obair-lann a tha seo. Tha e na dhearbhadh air bun-bheachd gum faod fiosaig cuantamach rudeigin nas fheàrr a chuir an àite teicneòlas antenna ceud bliadhna a dh’ aois, agus tha a ’bhuaidh a’ sìneadh bho chonaltradh dìon gu mar a bhios gnìomhachasan làitheil a ’riaghladh an gnìomhachd agus an ceangal.

Dè a th’ ann an Rydberg Atoms agus Carson a bu chòir dhut cùram?

’S e atom a th’ ann an atom Rydberg anns a bheil aon no barrachd eleactronan air bhioran gu prìomh àireamh cuantamach fìor àrd - uaireannan a’ ruighinn luachan 50, 100, no nas fhaide air falbh. Aig na h-ìrean sin, bidh an dealan a’ cuairteachadh aig astaran mòra bhon niuclas an coimeas ri a staid talmhainn, a’ fàgail gu bheil an atom gu math mothachail air raointean dealain a-muigh. Faodaidh aon atom Rydberg a bhith 10,000 uair nas motha na atom àbhaisteach stàite-talmhainn, agus tha a chugallachd ri lannan rèididheachd electromagnetic gu mòr leis a’ mheud sin.

Is e an cugallachd seo a tha a’ fàgail dadaman Rydberg cho tarraingeach ri glacadairean rèidio. Feumaidh antennas traidiseanta a bhith de mheud corporra gus a bhith co-ionnan ris an tonn-tonn a lorgas iad - cuingealachadh bunaiteach a chuireas casg air miniaturization agus fàilteachadh bann-leathann. Bidh atoms Rydberg a’ taobhadh seo gu tur. Is urrainn do chealla bhalbhaichean nas lugha na bogsa maids, làn de dadaman cesium no rubidium air am brosnachadh le lasers mionaideach, comharran a lorg thairis air raon tricead a’ ruith bho kilohertz gu terahertz. Anns an taisbeanadh o chionn ghoirid, ghlèidh luchd-rannsachaidh an inneal-glacaidh Rydberg aca gus comharra bann VHF a thogail bho rèidio inneal-làimhe malairteach ag obair aig timcheall air 150 MHz - tricead a bhios a’ chiad luchd-freagairt, itealain, agus siostaman rèidio gnìomhachais gun àireamh air a chleachdadh air feadh an t-saoghail.

Cha deach an comharra a lorg dìreach mar dhàta amh. Chaidh a dhì-dhealbhadh agus ath-riochdachadh mar chlaistinn shoilleir, a’ dearbhadh gum faod luchd-glacaidh stèidhichte ann an Rydberg a bhith ag obair mar innealan conaltraidh practaigeach, chan e dìreach feòrachas obair-lann.

Carson a tha an t-adhartas seo nas cudromaiche na demos mothachaidh Quantum roimhe

Tha mothachadh cuantamach air cinn-naidheachd iongantach a thoirt a-mach roimhe seo, ach bha mòran thaisbeanaidhean ann an àrainneachdan fo smachd teann le suidheachaidhean air leth freagarrach. Is e an rud a tha a’ suidheachadh an toraidh seo bho chèile a fhreagarrachd san t-saoghal fhìor. Tha rèidio inneal-làimhe timcheall air inneal-sgaoilidh cho àbhaisteach ‘s a lorgas tu - cumhachd bataraidh, teann, ag obair aig ìrean cumhachd malairteach àbhaisteach mar as trice eadar 1 agus 5 watt. Tha an fhìrinn gun urrainn do ghlacadair atom Rydberg comharra a ghabhas cleachdadh a thoirt a-mach à inneal cho cumanta a’ sealltainn gu bheil an teicneòlas a’ gluasad nas fhaide na dearbhadh prionnsapal a dh’ ionnsaigh fìor chomas innleadaireachd.

Tha siostaman antenna traidiseanta a’ fulang le grunn chuingealachaidhean aithnichte a dh’ fhaodadh luchd-gabhail Rydberg faighinn seachad air:

• Cupladh tricead-meud: Feumaidh antennas àbhaisteach a bhith nam bloigh chudromach den tonn-tonn targaid, a’ fàgail gu bheil fàilteachadh tricead ìosal feumach air structaran a tha mòr gu corporra. Bidh glacadairean Rydberg a’ dì-cheangal lorg bho mheud corporra gu tur.
• Cuingean leud-bann: Tha a’ mhòr-chuid de antennas air an gleusadh ri bannan tricead cumhang. Faodar dadaman Rydberg a ghleusadh thairis air speactram fìor mhòr dìreach le bhith ag atharrachadh tricead laser, a’ comasachadh fàilteachadh bann-leathann air a mhìneachadh le bathar-bog.
• Bacadh electromagnetic: Bidh antennas meatailt a’ togail fuaim bho electronics agus structaran faisg air làimh. Bidh luchd-glacaidh Rydberg a’ cleachdadh leughadh optigeach, gan dèanamh dìonach bho iomadh seòrsa de bhacadh electromagnetic.
• Calibration drift: Feumaidh luchd-glacaidh àbhaisteach calibration bho àm gu àm a rèir inbhean iomraidh. Bidh dadaman Rydberg a’ toirt seachad tomhasan fèin-calibrating a ghabhas lorg gu bun-stèidh atamach, a’ tabhann cruinneas tomhais nas ìsle na 1% às aonais iomraidhean bhon taobh a-muigh.

Tha na buannachdan sin a’ mìneachadh carson a tha buidhnean bho DARPA gu deuchainn-lannan cian-chonaltraidh air tasgadh mòr a dhèanamh ann an rannsachadh atom Rydberg thar nan còig bliadhna a dh’ fhalbh, le maoineachadh còmhla nas àirde na $100 millean air feadh na cruinne bho 2020.

Bho deuchainn-lannan fiosaig gu cleachdadh làraich: Na dùbhlain innleadaireachd romhpa

A dh’aindeoin an togail-inntinn, tha cnapan-starra innleadaireachd mòra ann fhathast mus nochd luchd-glacaidh Rydberg ann am bathar malairteach. Feumaidh na siostaman gnàthach lasers mionaideach gus dadaman a bhrosnachadh gu na stàitean Rydberg aca - mar as trice sgeama excitation dà-photon a’ cleachdadh lasers aig 852 nm agus 509 nm airson atoms cesium. Tha na siostaman laser sin, ged a tha iad a’ sìor fhàs teann, fhathast ag ithe barrachd cumhachd agus a’ gabhail barrachd meud na antenna uèir shìmplidh. Tha luchd-rannsachaidh aig Institiud Nàiseanta Inbhean is Teicneòlais (NIST) agus grunn deuchainn-lannan oilthigh ag obair air fuasglaidhean photonic amalaichte a dh’ fhaodadh an siostam optigeach gu lèir a lughdachadh gu àrd-ùrlar sgèile chip.

Tha seasmhachd teodhachd na adhbhar dragh eile. Bidh ceallan vapor atom Rydberg ag obrachadh as fheàrr aig teòthachd fo smachd, mar as trice eadar 25 ° C agus 45 ° C, gus an dùmhlachd atamach as fheàrr a chumail suas. Tha cleachdadh achaidh ann an àrainneachdan fìor - teas fàsach, fuachd artaigeach, no crathadh carbaid gluasadach - a’ toirt a-steach dùbhlain nach bi mu choinneamh suidheachadh obair-lann. Ach, tha adhartasan o chionn ghoirid ann an ceallan bhalbhaichean meanbh-chruthaichte le teasadairean aonaichte agus iomallachd teirmeach air toraidhean gealltanach a nochdadh, le cuid de phrototeipean a’ cumail coileanadh thar raon teòthachd àrainneachd 60 ° C.

Tha an co-mheas comharra-gu-fuaim cuideachd feumach air leasachadh airson cuid de thagraidhean. Fhad ‘s a thug an taisbeanadh rèidio inneal-làimhe claisneachd soilleir a-mach, tha cugallachd a’ ghlacadair fhathast a ’tuiteam gann de na glacadairean àbhaisteach as fheàrr le timcheall air 10-20 dB airson comharran bann caol. Tha luchd-rannsachaidh a’ dèiligeadh ri seo tro dhòighean leithid sgeamaichean brosnachaidh ioma-photon agus optimachadh follaiseachd air a bhrosnachadh le electromagnetically (EIT), le leasachaidhean bliadhnail timcheall air 3-5 dB air an aithris anns an litreachas o chionn ghoirid.

Conaltradh Gnìomhachais ann an Saoghal Iar-Antenna

Tha a’ bhuaidh phractaigeach a tha aig luchd-glacaidh rèidio cuantamach a’ leudachadh fada seachad air tagraidhean armachd agus saidheansail. Beachdaich air a’ bhun-structair conaltraidh air a bheil gnìomhachasan an latha an-diugh an urra gach latha. Bho shiostaman rèidio taigh-bathair agus lìonraidhean lìbhrigidh cabhlach gu arrays mothachaidh IoT agus Wi-Fi air feadh an togalaich, tha conaltradh electromagnetic mar bhunait air cha mhòr a h-uile sruth-obrach obrachaidh. Dh’ fhaodadh teicneòlas a gheibh thairis air an speactram rèidio gu lèir le aon inneal teann sìmpleachadh bunaiteach a dhèanamh air mar a bhios gnìomhachasan a’ togail agus a’ cumail suas am bun-structair conaltraidh aca.

Chan eil na teicneòlasan as cruth-atharrachail dìreach a’ leasachadh nan siostaman a th’ ann mar-thà - bidh iad a’ cur às do na cuingeadan a thug cumadh orra. Cha bhith glacadairean atom Rydberg a’ dèanamh antennas nas fheàrr; bidh iad a’ fàgail a’ bhun-bheachd air antenna a tha sònraichte do tricead seann-fhasanta.

Do ghnìomhachasan a tha a’ riaghladh gnìomhachd iom-fhillte thar grunn àiteachan, tha an ìre conaltraidh gu tric na eisimeil do-fhaicsinneach ach èiginneach. Tha àrd-ùrlaran mar Mewayz, a bhios a’ daingneachadh 207 modal obrachaidh - bho CRM agus fàirdeal gu riaghladh cabhlach agus co-òrdanachadh sgioba - ann an aon OS gnìomhachais, mar-thà a’ nochdadh luach a bhith ag aonachadh siostaman briste. Mar a bhios teicneòlas mothachaidh cuantamach a’ tighinn gu ìre agus a’ comasachadh bathar-cruaidh conaltraidh nas sùbailte agus nas seasmhaiche, bidh na h-àrd-ùrlaran bathar-bog a bhios a’ stiùireadh gnìomhachd gnìomhachais a’ fàs eadhon nas cumhachdaiche. Smaoinich air siostaman riaghlaidh cabhlach a chumas ceangal thairis air còmhlan tricead sam bith, no sgiobaidhean seirbheis làraich aig a bheil an conaltradh aca ag atharrachadh gu fèin-ghluasadach a rèir suidheachaidhean speactram ionadail - bhiodh an cnàimh-droma obrachaidh a bheir àrd-ùrlaran aonaichte riatanach gus an sùbailteachd sin a chleachdadh.

An Cothrom Sgrùdaidh Spectrum

Is e aon iarrtas faisg air teirm far am faiceadh luchd-glacaidh Rydberg uchd-mhacachd luath sgrùdadh agus riaghladh speactram. Bidh riaghaltasan agus buidhnean riaghlaidh leithid an FCC a’ cosg billeanan gach bliadhna a’ cumail sùil air cleachdadh speactram rèidio, a’ lorg tar-chuir gun chead, agus a’ riaghladh riarachadh tricead. Feumaidh an sgrùdadh gnàthach grunn antennas agus ghlacadairean gus an speactram iomlan a chòmhdach - dòigh-obrach daor, trom le cumail suas.

Dh’ fhaodadh aon sensor atom Rydberg a dhol an àite tuathanas antenna gu lèir, a’ sganadh bho HF tro tricead microwave le inneal meud thermos cofaidh. Tha nàdar fèin-calibration tomhais atamach a’ ciallachadh gun toireadh na mothachairean sin seachad tomhasan a ghabhas lorg gu laghail às aonais na cearcallan calibration bho àm gu àm a tha uidheamachd gnàthach ag iarraidh - pròiseas a bhios an-dràsta a’ cumail stèiseanan sgrùdaidh far-loidhne airson làithean gach bliadhna.

Do ghnìomhachasan a tha ag obair ann an àrainneachdan speactram riaghlaichte - ISPan gun uèir, gnìomhaichean lìonra LTE prìobhaideach, companaidhean logistics a’ cleachdadh tricead rèidio ceadaichte - dh’ fhaodadh an teicneòlas seo cosgaisean gèillidh a lughdachadh gu mòr. Dh’ fhaodadh sgrùdadh speactram fèin-ghluasadach amalaichte le àrd-ùrlaran obrachaidh cùisean eadar-theachd a nochdadh ann an àm fìor, a’ co-cheangal aimhreitean conaltraidh le dàta buaidh gnìomhachais air a leantainn ann an siostaman mar Mewayz gus fìor chosgais dhuilgheadasan speactram a thomhas agus fuasgladh a phrìomhachadh.

Na thachras air adhart: Loidhne-tìm airson Quantum Receivers

Stèidhichte air slighean rannsachaidh gnàthach agus ìrean tasgaidh, tha luchd-amhairc gnìomhachais a’ moladh loidhne-tìm garbh airson malairteachadh ghlacadair Rydberg. Taobh a-staigh 2-3 bliadhna, tha coltas ann gun ruig tagraidhean sònraichte ann an sgrùdadh speactram agus tomhas saidheansail a’ mhargaidh. Dh’ fhaodadh tagraidhean armachd agus dìon, far a bheil meud, cuideam, agus buannachdan cumhachd a’ fìreanachadh prìomh chosgaisean, cleachdadh achaidh fhaicinn taobh a-staigh frèam-ama coltach ris. Tha tagraidhean malairteach luchd-cleachdaidh agus coitcheann nas fhaide a-mach - is dòcha 7-10 bliadhna - a’ feitheamh ri leasachaidhean ann am miniaturization laser agus lughdachadh cosgais.

Tha an co-shìnte ri teicneòlasan cuantamach eile feumail. Lean clocaichean atamach slighe coltach ris: bho ionnstramaidean obair-lann meud rùm anns na 1950n gu innealan sgèile-chip a bha rim faighinn airson nas lugha na $1,500 an-diugh. Thàinig am prìomh phuing tionndaidh nuair a thàinig na co-phàirtean photonic taiceil - lasers, lorgairean, agus eileamaidean optigeach - gu bhith comasach a dhèanamh aig sgèile. Airson luchd-glacaidh Rydberg, tha a’ phuing tionndaidh sin a’ tighinn dlùth mar a bhios photonics amalaichte a’ tighinn gu ìre agus leusairean a bhios a’ sgaoileadh uachdar-uachdair dìreach (VCSELs) a’ ruighinn na tonnan agus na h-ìrean seasmhachd a tha a dhìth.

Airson gnìomhachasan adhartach, chan eil an takeaway a’ feitheamh gus an ruig luchd-glacaidh cuantamach. Tha e airson bun-structar obrachaidh a thogail - àrd-ùrlaran aonaichte, ailtireachd dàta sùbailte, sruthan obrach conaltraidh aonaichte - as urrainn teicneòlasan cruth-atharrachail a ghabhail a-steach agus a luathachadh mar a thig iad am bàrr. Cha b' iad na buidhnean a bu mhiosa le cruth-atharrachadh didseatach an fheadhainn le seann bhathar-cruaidh; b’ iadsan an fheadhainn le siostaman bathar-bog sgapte nach b’ urrainn atharrachadh. Le bhith a’ togail air àrd-ùrlar obrachaidh daingnichte an-diugh, ge bith an ann a bhith a’ riaghladh 5 luchd-obrach no 5,000, cruthaichidh sin bunait airson brath a ghabhail air ge bith dè a bheir an ath tonn de ùr-ghnàthachadh bathar-cruaidh.

An dealbh as motha: Nuair a thèid Ataman an àite antennas

Tha lorg soirbheachail air comharra rèidio inneal-làimhe a’ cleachdadh dadaman Rydberg na chlach-mhìle a bhuineas ri amannan eile nuair a theich fiosaig cuantamach às an obair-lann agus a-steach don t-saoghal phractaigeach - a’ chiad transistor, a’ chiad leusair, a’ chiad saideal GPS a’ cleachdadh inbhean ùine atamach. Thug gach aon de na teicneòlasan sin deicheadan airson gluasad bho thaisbeanadh gu uile-làthaireach, ach mu dheireadh rinn gach fear ath-dhealbhadh air gnìomhachasan ann an dòighean nach robh an luchd-innleachd aca a’ ro-innse.

Is e gnìomhachas cruinne $45 billean a th’ ann an conaltradh rèidio a tha air a bhith ag obair gu bunaiteach air na h-aon phrionnsapalan fiosaigeach bho chaidh a’ chiad sgaoileadh thar a’ Chuain Siar aig Marconi ann an 1901. Chan eil glacadair atom Rydberg ag aithris air na prionnsapalan sin - tha e a’ tighinn nan àite le rudeigin air a tharraing à meur fiosaig gu tur eadar-dhealaichte. Do ghnìomhachasan, innleadairean, agus luchd-ro-innleachd teicneòlais, chan e dìreach claisneachd a th’ anns a ’chomharra bhon rèidio inneal-làimhe sin. Is e teachdaireachd shoilleir, gun samhail a th’ ann gu bheil àm ri teachd mothachaidh agus conaltradh electromagnetic atamach, agus is e na buidhnean as fheàrr a gheibh buannachd an fheadhainn a tha mar-thà ag obair air àrd-ùrlaran sùbailte gu leòr airson a thighinn air adhart leis an teicneòlas.

Ceistean Bitheanta

Dè a th’ ann an dadaman Rydberg agus carson a tha iad math airson lorg?

Is e dadaman a th’ ann an atoman Rydberg agus tha na dealanan as fhaide a-muigh aca air bhioran gu stàitean lùth fìor àrd, gan dèanamh gu math mothachail do raointean dealain a-muigh, mar an fheadhainn ann an tonnan rèidio. Leigidh an cugallachd seo leotha comharran a lorg le ìre mionaideachd agus thairis air raon nas fharsainge de tricead na antennas meatailt traidiseanta. Bidh àrd-ùrlaran mar Mewayz, a tha a’ tabhann còrr air 200 modal ionnsachaidh airson $19 / mìos, a’ toirt seachad goireasan ruigsinneach gus na bun-bheachdan adhartach cuantamach sin a thuigsinn.

Dè cho cudromach ‘s a bha e comharra walkie-talkie a lorg?

Ma lorgar comharra walkie-talkie àbhaisteach le cumhachd ìosal a’ dearbhadh gun urrainn don teicneòlas cuantamach seo conaltradh san t-saoghal fhìor a làimhseachadh, chan e dìreach deuchainnean obair-lann. Tha e a’ nochdadh ceum practaigeach a dh’ ionnsaigh glacadairean ultra-mothachail, mion-mhionaideach a thogail a dh’ fhaodadh a bhith nas fheàrr na rèidiothan àbhaisteach. Tha an t-adhartas seo na phrìomh chuspair ann an cùrsaichean teicneòlais an latha an-diugh, a’ toirt a-steach modalan a tha rim faighinn air àrd-ùrlaran leithid Mewayz.

Ciamar a dh’ atharraich an teicneòlas seo conaltradh làitheil?

Dh’ fhaodadh glacadairean stèidhichte ann an Rydberg leantainn gu siostaman conaltraidh nas tèarainte agus nas seasmhaiche air eadar-theachd a tha nas lugha agus nas èifeachdaiche. Dh’ fhaodadh iad obrachadh thairis air speactram mòr de thrictean le aon inneal, a dh’ fhaodadh a dhol an àite ioma antennas sònraichte. Tha e nas fhasa na tagraidhean sin san àm ri teachd a thuigsinn le slighean ionnsachaidh structarail bho sheirbheisean leithid Mewayz.

A bheil an teicneòlas seo deiseil gus an rèidio a th' agam an-dràsta a chur na àite?

Chan eil fhathast. Is e seo taisbeanadh obair-lann a tha a’ dearbhadh gu bheil am bun-bheachd ag obair. Tha dùbhlain innleadaireachd mòra ann fhathast ann a bhith a’ dèanamh an teicneòlais teann, aig prìs reusanta agus obrachail taobh a-muigh àrainneachdan fo smachd. Ach, tha a’ chlach-mhìle seo a’ luathachadh leasachadh gu luath. Dhaibhsan aig a bheil ùidh ann a bhith a’ leantainn an raoin seo a tha ag atharrachadh, tha Mewayz a’ tabhann mhodalan as ùire air fiosaigs agus innleadaireachd ùr-nodha.