Ny atoma Rydberg dia mahita famantarana mazava avy amin'ny radio tànana

Nandray famantarana Walkie-Talkie ireo mpandray quantum — ary Manova ny zava-drehetra izany

Nandritra ny am-polony taona maro, niantehitra tamin'ny teknolojia fototra iray ihany ny fifandraisana amin'ny onjam-peo: antenne metaly mamadika ny onjam-peo elektromagnetika ho famantarana elektrika. Mandeha izy io, saingy tonga miaraka amin'ny fetra ara-batana mafy - famerana ny habeny, famerana matetika ary mora voan'ny fitsabahana. Ankehitriny, ny mpikaroka dia naneho zavatra izay afaka mamerina manoratra tanteraka ny fitsipika. Amin'ny fampiasana ny atoma Rydberg - atoma misy elektrôna mientanentana amin'ny fanjakana avo indrindra amin'ny angovo - ny mpahay siansa dia nahita soa aman-tsara famantarana mazava sy azo takarina avy amin'ny onjam-peo mahazatra. Tsy fanatsarana laboratoara marginal izany. Porofon'ny fiheverana fa ny fizika quantum dia afaka manolo ny teknolojia antenne efa taonjato maro amin'ny zavatra ambony indrindra, ary ny fiantraikany dia manomboka amin'ny serasera fiarovana ka hatrany amin'ny fomba hitantanan'ny orinasa isan'andro ny asany sy ny fifandraisany.

Inona no atao hoe Atoma Rydberg ary nahoana no tokony hokarakarainao?

Ny atôma Rydberg dia atôma izay misy elektrôna iray na maromaro mientanentana mankany amin'ny isa ambony indrindra — indraindray mahatratra 50, 100, na mihoatra. Amin'ireo ambaratonga ireo, ny elektrôna dia mihodina amin'ny halaviran-davitra lavitra avy amin'ny nucleus raha oharina amin'ny toerana misy azy, ka mahatonga ny atoma ho saro-pady amin'ny saha elektrika ivelany. Ny atôma Rydberg tokana dia mety ho avo 10.000 heny noho ny atoma-tany mahazatra, ary ny fahatsapany amin'ny mizana taratra elektrômagnetika miaraka amin'io habe io.

Ity fahatsapan-tena ity no mahatonga ny atoma Rydberg ho mahasarika toy ny mpandray radio. Ny antenne nentim-paharazana dia tsy maintsy mirefy ara-batana mba hifanaraka amin'ny halavan'ny onjam-pahitany - faneriterena fototra izay mametra ny fanamafisam-peo sy ny fandraisana broadband. Ny atoma Rydberg dia manala izany tanteraka. Ny sela etona kely kokoa noho ny vata fampangatsiahana, feno atôma cesium na rubidium mientanentana amin'ny laser precision, dia afaka mahita famantarana manerana ny elanelana matetika manomboka amin'ny kilohertz ka hatramin'ny terahertz. Tamin'ny fihetsiketsehana vao haingana, ny mpikaroka dia nanendry ny mpandray ny Rydberg mba haka famantarana VHF-band avy amin'ny onjam-peo tànana ara-barotra miasa amin'ny 150 MHz eo ho eo — matetika ampiasain'ny mpamaly voalohany, ny sidina ary ny rafitra radio orinasa tsy tambo isaina maneran-tany.

Ny famantarana dia tsy hita ho toy ny angona manta fotsiny. Nohavaozina izy io ary naverina naverina ho feo mazava, manaporofo fa ny mpandray ao amin'ny Rydberg dia afaka miasa toy ny fitaovana fampitam-baovao azo ampiharina, fa tsy ny laboratoara hafahafa fotsiny.

Fa maninona no zava-dehibe kokoa noho ny Demo Sensing Quantum teo aloha ity fandrosoana ity

Ny Quantum sensing dia namoaka lohateny lehibe teo aloha, saingy nisy fihetsiketsehana maro tao anatin'ny tontolo voafehy tsara miaraka amin'ny fepetra tsara. Ny mampiavaka an'io vokatra io dia ny fampiharana azy amin'izao tontolo izao. Ny radio entin-tanana dia toy ny mpandefa mahazatra araka izay hitanao - mandeha amin'ny batterie, compact, miasa amin'ny haavo ara-barotra mahazatra matetika eo anelanelan'ny 1 sy 5 watts. Ny zava-misy fa ny mpandray atoma Rydberg dia afaka maka famantarana azo ampiasaina amin'ny fitaovana mahazatra toy izany dia mampiseho fa ny teknolojia dia mandroso mihoatra ny porofon'ny foto-kevitra mankany amin'ny fahavitrihana ara-teknika marina.

Ny rafitra antenne nentim-paharazana dia mijaly noho ny fetra fanta-daza izay azon'ny mpandray an'i Rydberg resena:

• Fifandraisana amin'ny habe: Ny antenne mahazatra dia tokony ho ampahany manan-danja amin'ny halavan'ny onjam-pandrefesana, ka mitaky rafitra lehibe ara-batana ny fandraisana matetika. Rydberg receivers decouple decouple decouple amin'ny habe ara-batana tanteraka.
• Faneriterena ny sakan'ny tarika: Ny ankamaroan'ny antenne dia arindra amin'ny faneriterena tery. Ny atôma Rydberg dia azo ampifandraisina amin'ny sehatra midadasika amin'ny alàlan'ny fanitsiana ny fatran'ny laser fotsiny, ahafahana mandray ny broadband voafaritry ny rindrambaiko.
• Ny fitsabahana elektromagnetika: Ny antenne metaly dia maka tabataba avy amin'ny fitaovana elektronika sy rafitra akaiky. Ny mpandray Rydberg dia mampiasa famakiana optique, ka mahatonga azy ireo ho tsy voafehy amin'ny endrika fitsabahana elektromagnetika maro.
• Duff de calibration: Mitaky fandrefesana tsindraindray ny resevera mahazatra amin'ny fenitry ny fanondroana. Ny atôma Rydberg dia manome fandrefesana mandrefy tena azo trandrahana amin'ny tsy miova atomika fototra, manome ny fandrefesana marina ambanin'ny 1% tsy misy fanondroana ivelany.

Ireo tombony ireo dia manazava ny antony nahatonga ireo fikambanana avy amin'ny DARPA mankany amin'ny laboratoara fifandraisan-davitra ara-barotra nampiasa vola be tamin'ny fikarohana atomika Rydberg nandritra ny dimy taona lasa, miaraka amin'ny famatsiam-bola mitambatra mihoatra ny $100 tapitrisa maneran-tany nanomboka tamin'ny 2020.

Avy amin'ny Labs Fizika ka hatrany amin'ny Fametrahana eny an-tsaha: Ny fanamby ho an'ny injeniera

Na eo aza ny fientanam-po, mbola misy sakana ara-teknika lehibe alohan'ny hisehoan'ny mpandray Rydberg amin'ny vokatra ara-barotra. Ny rafitra amin'izao fotoana izao dia mitaky laser mazava tsara mba hanentanana ny atôma amin'ny fanjakana Rydberg - matetika ny rafitra fanairana roa-photon mampiasa laser amin'ny 852 nm sy 509 nm ho an'ny atoma cesium. Ireo rafitra laser ireo, na dia mihamatanjaka aza, dia mbola mandany hery bebe kokoa ary mibodo boky bebe kokoa noho ny antena tariby tsotra. Ny mpikaroka ao amin'ny National Institute of Standards and Technology (NIST) sy ny laboratoara eny amin'ny anjerimanontolo dia miasa amin'ny vahaolana fotonika mitambatra izay mety hampihena ny rafitra optika manontolo amin'ny sehatra miendrika chip.

Ny fahamarinan-toeran'ny maripana dia olana iray hafa. Ny sela etona ataoma Rydberg dia miasa tsara indrindra amin'ny mari-pana voafehy, matetika eo anelanelan'ny 25°C sy 45°C, mba hitazonana ny hakitroky atomika tsara indrindra. Ny fametrahana eny an-kianja amin'ny tontolo faran'izay mafy — ny hafanana any an-tany efitra, ny hatsiaka amin'ny Arktika, na ny fihetsehan'ny fiara mihetsiketsika — dia mampiditra fanamby izay tsy atrehin'ny laboratoara. Na izany aza, ny fandrosoana vao haingana amin'ny sela etona micro-fabricated miaraka amin'ny fanafanana mitambatra sy ny fitokana-monina mafana dia nampiseho vokatra tsara, miaraka amin'ny prototype sasany mitazona ny fahombiazany manerana ny mari-pana manodidina ny 60°C.

Mila fanatsarana ihany koa ny tahan'ny signal-to-noise ho an'ny fampiharana sasany. Na dia namokatra feo mazava aza ny fampisehoana onjam-peon'ny tanana, dia mbola latsa-danja noho ny resevera mahazatra tsara indrindra amin'ny 10-20 dB eo ho eo ny fahatsapan'ny mpandray. Ny mpikaroka dia miatrika izany amin'ny alàlan'ny teknika toy ny tetik'asa fientanentanana maro-fotona sy ny fanatsarana ny mangarahara azo avy amin'ny electromagnetika (EIT), miaraka amin'ny fanatsarana isan-taona eo amin'ny 3-5 dB eo ho eo amin'ny tatitra momba ny literatiora vao haingana.

Fifandraisana ara-barotra ao amin'ny tontolo aorian'ny Antenna

Ny fiantraikany azo ampiharina amin'ny mpandray radio quantum dia mihoatra lavitra noho ny fampiharana ara-tafika sy ara-tsiansa. Diniho ny fotodrafitrasa fifandraisana izay iankinan'ny orinasa maoderina isan'andro. Avy amin'ny rafitry ny radio trano fanatobiana entana sy ny tamba-jotra fandefasana fiaramanidina mankany amin'ny firafitry ny sensor IoT sy ny Wi-Fi manerana ny trano, ny fifandraisana elektromagnetika dia saika ny fizotran'ny asa rehetra. Ny teknolojia iray izay afaka mandray amin'ny radio rehetra miaraka amin'ny fitaovana tokana sy kely dia afaka manatsotra amin'ny fomba fototra ny fomba fananganana sy fikojakojana ny fotodrafitrasa fifandraisan'ny orinasa.

Tsy vitan'ny manatsara ny rafitra efa misy fotsiny ireo teknolojia manovaova — manala ireo teritery namolavola azy ireo. Ny mpandray atomika Rydberg dia tsy manao antenne tsara kokoa; ataon'izy ireo ho lany andro ny hevitra momba ny antenne manokana.

Ho an'ny orinasa mitantana asa sarotra amin'ny toerana maro, matetika dia fiankinan-doha tsy hita maso ny sarin'ny fifandraisana. Ny sehatra toy ny Mewayz, izay manambatra ny maody fampandehanan-draharaha 207 — manomboka amin'ny CRM sy ny faktiora mankany amin'ny fitantanana ny sambo sy ny fandrindrana ny ekipa — ho ao anatin'ny OS orinasa tokana, dia efa mampiseho ny hasarobidin'ny fampiraisana ireo rafitra mizarazara. Rehefa mihamatotra ny teknolojian'ny quantum sensing ary manome fitaovana fifandraisana mora kokoa sy maharitra, dia vao mainka hatanjaka kokoa ny sehatra rindrambaiko izay mandrindra ny asa fandraharahana. Alaivo sary an-tsaina ny rafi-pitantanan'ny fiaramanidina izay mitazona fifandraisana amin'ny tarika matetika, na ny ekipan'ny serivisy eny an-kianja izay mifanaraka ho azy amin'ny toe-javatra eo an-toerana ny fifandraisana — ny hazondamosina miasa omen'ny sehatra mitambatra dia tena ilaina amin'ny fampiasana izany fahafaha-manao izany.

Ny fahafahana manara-maso ny spectrum

Fampiharana iray tsy ho ela izay ahafahan'ireo mpandray an'i Rydberg mahita ny fananganana haingana dia ny fanaraha-maso sy ny fitantanana ny spectrum. Mandany an-davitrisany isan-taona ny governemanta sy ny sampan-draharaham-panjakana manara-maso ny fampiasana radio spectrum, mamantatra ny fandefasana tsy nahazoana alalana, ary mitantana ny fizarana matetika. Ny fanaraha-maso amin'izao fotoana izao dia mitaky karazana antenne sy resevera samihafa mba handrakotra ny spektrum manontolo — fomba lafo sy mavesatra ny fikojakojana.

Ny sensor atôma Rydberg tokana dia afaka manolo toeram-pambolena antenna iray manontolo, mi-scan avy amin'ny HF amin'ny alàlan'ny fatran'ny microwave miaraka amin'ny fitaovana mitovy habe amin'ny thermos kafe. Ny toetran'ny fandrefesana atomika manodin-tena dia midika fa ireo sensor ireo dia manome fandrefesana azo tsapain-tanana ara-dalàna raha tsy misy ny tsingerin'ny fandrefesana tsindraindray izay takian'ny fitaovana ankehitriny — dingana iray izay mampiakatra tobim-panaraha-maso an-tserasera mandritra ny andro isan-taona.

Ho an'ny orinasa miasa amin'ny tontolon'ny spectrum voafehy — ISP tsy misy tariby, mpandraharaha amin'ny tambazotra LTE tsy miankina, orinasa lozisialy mampiasa onjam-peo nahazo alalana — ity teknolojia ity dia mety hampihena be ny vidin'ny fanarahan-dalàna. Ny fanaraha-maso ny spectrum mandeha ho azy miaraka amin'ny sehatra miasa dia mety hamariparitra ny olana momba ny fitsabahana amin'ny fotoana tena izy, mampifanaraka ny fahatapahan'ny fifandraisana amin'ny angona momba ny fiantraikan'ny fandraharahana arahin'ny rafitra toy ny Mewayzmba hamaritana ny tena sandan'ny olana amin'ny spektrum sy hanao laharam-pahamehana ny famahana.

Inona no mitranga manaraka: Timeline ho an'ny Quantum Receiver

Mifototra amin'ny làlam-pikarohana amin'izao fotoana izao sy ny haavon'ny fampiasam-bola, ny mpandinika ny indostria dia manolotra fandaharam-potoana henjana ho an'ny varotra mpivarotra Rydberg. Ao anatin'ny 2-3 taona, ny fampiharana manokana amin'ny fanaraha-maso spektrum sy ny fandrefesana siantifika dia mety hahatratra ny tsena. Ny fampiharana ara-miaramila sy fiarovan-tena, izay ahafahan'ny habeny, ny lanjany ary ny tombotsoan'ny herin'aratra manamarina ny vidin'ny vidiny, dia afaka mahita ny fandefasana eny an-kianja amin'ny fe-potoana mitovy. Ny fampiharana ara-barotra ho an'ny mpanjifa sy amin'ny ankapobeny dia lavitra kokoa — mety ho 7-10 taona — miandry ny fandrosoana amin'ny fampihenana ny laser sy fampihenana ny vidiny.

Ny miralenta amin'ny teknolojia quantum hafa dia mampianatra. Ny famantaranandro atomika dia nanaraka lalana mitovitovy amin'izany: avy amin'ny fitaovana laboratoara miendrika efitrano tamin'ny taona 1950 ka hatramin'ny fitaovana miendrika chip misy latsaky ny $1,500 ankehitriny. Ny teboka fiodinana lehibe dia tonga rehefa nanjary azo amboarina amin'ny ambaratonga ireo singa fotonika manohana - laser, detector ary singa optika. Ho an'ny mpandray an'i Rydberg, manakaiky io teboka io rehefa mihamatotra ny fotonika mitambatra ary mahatratra ny halavan'ny onjam-pamokarana sy ny haavon'ny fahamarinan-toerana ny lazera mitsangana-vavaka (VCSELs).

Ho an'ny orinasa mihevi-tena ho mandroso, tsy ny fiandrasana ny fahatongavan'ireo mpandray vola no azo alaina. Izy io dia ny fananganana fotodrafitrasa miasa - sehatra iraisana, rafitra angon-drakitra miovaova, rindran-tserasera mitambatra - izay afaka mandray sy mampiasa ny teknolojia manova rehefa mipoitra. Ny fikambanana izay tena sahirana tamin'ny fanovana nomerika dia tsy ireo izay nanana fitaovana tranainy; izy ireo dia ireo izay manana rafitra rindrambaiko mizarazara izay tsy afaka mampifanaraka. Miorina amin'ny sehatra fiasa mitambatra amin'izao fotoana izao, na mitantana mpiasa 5 na 5000, no mamorona fototra hahazoana tombony amin'izay atolotry ny onjam-panavaozana fitaovana manaraka.

Ny sary lehibe kokoa: Rehefa nosoloin'ny Atoma ny Antenna

Ny fahitana fahombiazana amin'ny onjam-peo amin'ny tanana mampiasa ny atoma Rydberg dia zava-dehibe iray miaraka amin'ireo fotoana hafa nandositra ny laboratoara ny fizika quantum ary niditra tao amin'ny tontolo azo ampiharina — ny transistor voalohany, ny laser voalohany, ny zanabolana GPS voalohany mampiasa ny fe-potoana atomika. Nandany am-polony taona maro ny tsirairay amin'ireo teknolojia ireo mba hifindra avy amin'ny fihetsiketsehana mankany amin'ny toerana rehetra, fa ny tsirairay amin'izy ireo dia nanova ny indostria tamin'ny fomba tsy noeritreretin'ny mpamorona azy.

Ny fifandraisana amin'ny onjam-peo dia indostrian'izao tontolo izao mitentina 45 lavitrisa dolara izay niasa tamin'ny foto-kevitra ara-batana mitovy amin'ny fototra hatramin'ny nandefasan'i Marconi voalohany tany Atlantika tamin'ny taona 1901. Ny mpandray atôma Rydberg dia tsy mitodika amin'ireo fitsipika ireo — manolo azy amin'ny zavatra nalaina avy amin'ny sampana fizika hafa tanteraka. Ho an'ny orinasa, injeniera ary stratejika teknolojia, ny famantarana avy amin'io radio tànana io dia tsy feo fotsiny. Hafatra mazava sy tsy azo iadian-kevitra fa atomika ny hoavin'ny fandrefesana elektromagnetika sy ny fifandraisana, ary ireo fikambanana mety hahazo tombony dia ireo efa miasa amin'ny sehatra mora azo hivoatra miaraka amin'ny teknolojia.

Fanontaniana matetika

Inona ny ataoma Rydberg ary nahoana izy ireo no tsara ho fantatra?

Ny atôma Rydberg dia atôma izay misy elektrônika ivelany indrindra mientanentana amin'ny fatran'ny angovo avo be, ka mahatonga azy ireo ho saro-pady amin'ny saha elektrika ivelany, toy ny an'ny onjam-peo. Io fahatsapan-tena io dia ahafahan'izy ireo mamantatra famantarana amin'ny haavon'ny fahitsiana ary amin'ny alàlan'ny fanerena midadasika kokoa noho ny antenne metaly mahazatra. Ny sehatra toa an'i Mewayz, izay manolotra maody fianarana 200 mahery amin'ny $19/volana, dia manome loharano azo idirana mba hahatakarana ireo foto-kevitra momba ny quantum ireo.

Inona no maha-zava-dehibe ny fahitana famantarana mandehandeha?

Ny fahafantarana fambara walkie talkie manara-penitra sy mahery vaika dia manaporofo fa ity teknolojia quantum ity dia mahavita mifandray amin'izao tontolo izao, fa tsy andrana amin'ny laboratoara fotsiny. Izy io dia mampiseho dingana azo ampiharina amin'ny fananganana resevera faran'izay saro-pady, miniaturized izay mety hihoatra ny radio mahazatra. Lohahevitra fototra amin'ny taranja teknolojia maoderina ity fandrosoana ity, anisan'izany ny maody misy amin'ny sehatra toa an'i Mewayz.

Ahoana no mety hanovan'ity teknolojia ity ny fifandraisana andavanandro?

Ny mpandray ao amin'ny Rydberg dia mety hitarika amin'ny rafi-pifandraisana azo antoka kokoa sy mahatohitra fanelingelenana izay kely kokoa sy mahomby kokoa. Azon'izy ireo atao ny miasa amin'ny alàlan'ny haitao midadasika miaraka amin'ny fitaovana tokana, mety hanolo antenne manokana maromaro. Mora kokoa ny mahatakatra ireo fampiharana ho avy ireo miaraka amin'ny lalana fianarana voarafitra avy amin'ny serivisy toa an'i Mewayz.

Moa ve ity teknolojia ity vonona hanolo ny radioko ankehitriny?

Tsy mbola. Ity dia fampisehoana laboratoara manaporofo fa miasa ny foto-kevitra. Ny fanamby ara-teknika lehibe dia mitoetra amin'ny fanaovana ny teknolojia ho mora, mora ary azo ampiasaina amin'ny tontolo tsy voafehy. Na izany aza, ity dingana ity dia manafaingana haingana ny fampandrosoana. Ho an'ireo liana amin'ny fanarahana an'io sehatra mivoatra io, Mewayz dia manolotra môdely manara-penitra momba ny fizika sy ny injeniera manara-penitra.