د ریډبرګ اتومونه د لاسي راډیو څخه روښانه سیګنالونه کشف کوي

د کوانټم ترلاسه کونکو یوازې د واکي ټاکي سیګنال پورته کړ - او دا هرڅه بدلوي

د لسیزو راهیسې، د راډیو مخابرات په ورته بنسټیز ټیکنالوژۍ تکیه کوي: فلزي انتنونه چې بریښنایی مقناطیسي څپې په بریښنایی سیګنالونو بدلوي. دا کار کوي، مګر دا د سخت فزیکي محدودیتونو سره راځي - د اندازې محدودیتونه، د فریکونسۍ محدودیتونه، او د مداخلې زیانمنونکي. اوس، څیړونکو یو څه ښودلي چې کولی شي قواعد په بشپړ ډول بیا ولیکي. د ریډبرګ اتومونو په کارولو سره - د بریښنایی اتومونو سره چې د غیر معمولي لوړ انرژي حالتونو ته لیواله دي - ساینس پوهانو په بریالیتوب سره روښانه ، د پوهیدو وړ سیګنالونه کشف کړي چې د معیاري لاسي راډیو څخه لیږدول شوي. دا د لابراتوار لږ پرمختګ ندی. دا د مفهوم ثبوت دی چې کوانټم فزیک کولی شي د پیړۍ زوړ انټینا ټیکنالوژي په بنسټیز ډول غوره سره بدله کړي، او اغیزې یې د دفاعي مخابراتو پورې اړه لري چې څنګه ورځني کاروبارونه خپل عملیات او ارتباط اداره کوي.

Rydberg اتومونه څه دي او ولې باید پاملرنه وکړئ؟

د Rydberg اتوم هغه اتوم دی چې په هغه کې یو یا څو الکترونونه خورا لوړ اصلي کوانټم نمبر ته جذب شوي - کله ناکله د 50، 100 یا له هغې څخه هاخوا ارزښتونو ته رسیږي. په دې سطحو کې، الکترون د ځمکې د حالت په پرتله د نیوکلیوس څخه په پراخه فاصله کې مدار کوي، چې اتوم په غیر معمولي ډول د بهرنیو بریښنا ساحو ته حساس کوي. د ریډبرګ یو واحد اتوم د ځمکې په حالت کې د عادي اتوم په پرتله 10,000 ځله لوی کیدی شي، او د بریښنایی مقناطیسي وړانګو حساسیت د دې اندازې سره په ډراماتیک ډول اندازه کیږي.

دا حساسیت هغه څه دي چې د ریډبرګ اتومونه د راډیو ریسیورونو په څیر زړه راښکونکي کوي. دودیز انتنونه باید په فزیکي توګه اندازه شي ترڅو د هغه طول موج سره سمون ولري چې دوی یې کشف کړي - یو بنسټیز خنډ چې کوچني کول او د براډ بانډ استقبال محدودوي. د ریډبرګ اتومونه دا په بشپړ ډول له مینځه وړي. د بخار حجره د میچ بکس څخه کوچنۍ ده چې د سیزیم یا روبیډیم اتومونو څخه ډکه ده چې د دقیق لیزرونو لخوا هڅول کیږي، کولی شي سیګنالونه کشف کړي د فریکوینسي رینج په اوږدو کې چې د کیلو هارټز څخه تر تیراهرتز پورې اړه لري. په وروستي مظاهره کې، څیړونکو خپل د Rydberg ریسیور سره د VHF-band سیګنال ترلاسه کولو لپاره د یوې سوداګریزې لاسي راډیو څخه چې په شاوخوا 150 MHz کې فعالیت کوي - یو فریکونسۍ چې د لومړي ځواب ورکوونکو، هوايي چلند، او په ټوله نړۍ کې د بې شمیره سوداګریزو راډیو سیسټمونو لخوا کارول کیږي.

سګنال یوازې د خام ډیټا په توګه نه و موندل شوی. دا د روښانه آډیو په توګه ډیموډول شوی او بیا تولید شوی، دا ثابتوي چې د ریډبرګ میشته ریسیور کولی شي د عملي مخابراتي وسیلو په توګه کار وکړي، نه یوازې د لابراتوار غیر معمولي تجسس.

ولې دا پرمختګ د تیرو کوانټم سینسنګ ډیمو په پرتله ډیر مهم دی

کوانټم سینسنګ مخکې د پام وړ سرلیکونه تولید کړي، مګر ډیری مظاهرې په سخت کنټرول شوي چاپیریال کې د مثالي شرایطو سره شتون درلود. هغه څه چې دا پایله جلا کوي د هغې ریښتیني نړۍ پلي کول دي. په لاس کې رادیو یو عادي ټرانسمیټر دی لکه څنګه چې تاسو موندلی شئ - د بیټرۍ په واسطه چلول شوی، کمپیکٹ، د معیاري سوداګریزې بریښنا په کچه په عمومي ډول د 1 او 5 واټ ترمنځ فعالیت کوي. دا حقیقت چې د Rydberg اتوم ریسیور کولی شي د داسې عادي وسیلې څخه د کارونې وړ سیګنال راوباسي چې دا ښیي چې ټیکنالوژي د ریښتیني انجینرۍ وړتیا په لور د ثبوت له اصولو هاخوا حرکت کوي.

د انتن دودیز سیسټمونه د ډیری پیژندل شوي محدودیتونو سره مخ دي چې د ریډبرګ ریسیور کولی شي بریالي شي:

• د اندازې فریکونسۍ جوړه کول: دودیز انتن باید د هدف طول موج یوه مهمه برخه وي، چې د ټیټ فریکونسۍ استقبال د فزیکي پلوه لوی جوړښتونو ته اړتیا لري. د Rydberg رسیدونکي په بشپړ ډول د فزیکي اندازې څخه دوه چنده کشف کوي.
• د بانډ ویت محدودیتونه: ډیری انتنونه د تنګ فریکونسۍ بډونو سره تنظیم شوي. د ریډبرګ اتومونه په ساده ډول د لیزر فریکوینسي تنظیمولو له لارې په خورا لوی سپیکٹرم کې تنظیم کیدی شي ، د سافټویر لخوا تعریف شوي براډبنډ استقبال فعالولو سره.
• برقی مقناطیسي لاسوهنه: فلزي انتنونه د نږدې بریښنایی او جوړښتونو څخه غږ پورته کوي. د ریډبرګ ریسیورونه د نظری لوستلو څخه کار اخلي، دوی په طبیعي توګه د بریښنایی مقناطیسي مداخلو ډیری ډولونو ته معافیت ورکوي.
• Calibration drift: دودیز رسیدونکي د حوالې معیارونو په مقابل کې دوره ای کیلیبریشن ته اړتیا لري. د Rydberg اتومونه د بنسټیز اټومي ثباتونو لپاره د ځان سره اندازه کولو اندازه چمتو کوي، پرته له بهرنۍ حوالې پرته د 1٪ څخه کم د اندازه کولو دقت وړاندیز کوي.

دا ګټې تشریح کوي چې ولې د DARPA څخه تر سوداګریزو مخابراتي لابراتوارونو پورې سازمانونو په تیرو پنځو کلونو کې د Rydberg اټومي څیړنې کې ډیره پانګه اچونه کړې، د 2020 راهیسې په ټوله نړۍ کې د 100 ملیون ډالرو ګډ تمویل سره.

د فزیک لابراتوارونو څخه د ساحې ګمارلو پورې: د انجینرۍ ننګونې په وړاندې دي

د لیوالتیا سره سره، د ریډبرګ ریسیور په سوداګریزو محصولاتو کې د څرګندیدو په وړاندې د پام وړ انجینري خنډونه پاتې دي. اوسني سیسټمونه دقیق لیزرونو ته اړتیا لري ترڅو اټومونه د دوی ریډبرګ ایالتونو ته وهڅوي - په عموم ډول د سیزیم اتومونو لپاره په 852 nm او 509 nm کې د لیزرونو په کارولو سره د دوه فوټون هڅونې سکیم. دا لیزر سیسټمونه، پداسې حال کې چې په زیاتیدونکي توګه کمپیکٹ، لاهم ډیر بریښنا مصرفوي او د ساده تار انتن په پرتله ډیر حجم نیسي. د سټنډرډونو او ټیکنالوژۍ ملي انسټیټیوټ (NIST) او د پوهنتون ډیری لابراتوارونو څیړونکي په مدغم فوټونک حلونو کار کوي کوم چې کولی شي ټول نظری سیسټم په چپ پیمانه پلیټ فارم کې راټیټ کړي.

د تودوخې ثبات بله اندیښنه ده. د Rydberg اتوم بخار حجرې په کنټرول شوي تودوخې کې غوره کار کوي، په ځانګړې توګه د 25 ° C او 45 ° C ترمنځ، د غوره اټومي کثافت ساتلو لپاره. په سختو چاپیریالونو کې د ساحې ځای پرځای کول - د صحرا تودوخه، د قطبي یخنۍ، یا د حرکت موټر کمپن - هغه ننګونې معرفي کوي چې د لابراتوار تنظیمات ورسره مخ نه دي. په هرصورت، د مایکرو جوړ شوي بخار حجرو کې وروستي پرمختګونه د مدغم هیټرونو او تودوخې انزوا سره د پام وړ پایلې ښودلې، ځینې پروټوټایپونه د 60 درجې C محیطي تودوخې رینج کې فعالیت ساتي.

د سیګنال څخه تر شور تناسب هم د ځینو غوښتنلیکونو لپاره پرمختګ ته اړتیا لري. پداسې حال کې چې د لاسي راډیو مظاهرې روښانه آډیو تولید کړې ، د ترلاسه کونکي حساسیت لاهم د غوره دودیز ریسیورونو څخه د نري بانډ سیګنالونو لپاره نږدې 10-20 dB پورې کم دی. څیړونکي دا د تخنیکونو له لارې حل کوي لکه د ملټي فوټون هڅونې سکیمونو او بریښنایی مقناطیسي پلوه روڼتیا (EIT) اصلاح کول، په وروستي ادب کې راپور شوي نږدې 3-5 dB کلنۍ پرمختګ سره.

د انټینا وروسته نړۍ کې سوداګریزې اړیکې

د کوانټم راډیو ریسیورونو عملي اغیزې د نظامي او ساینسي غوښتنلیکونو هاخوا پراخه دي. د مخابراتو زیربنا په پام کې ونیسئ چې عصري سوداګرۍ هره ورځ تکیه کوي. د ګودام راډیو سیسټمونو او د بیړیو لیږلو شبکې څخه د IoT سینسر سرې او د ودانۍ پراخه Wi-Fi ته ، بریښنایی مقناطیسي ارتباط په حقیقت کې د هر عملیاتي کاري جریان لاندې کوي. یوه ټیکنالوژي چې کولی شي په ټول راډیو سپیکٹرم کې د یو واحد، کمپیکٹ وسیلې سره ترلاسه کړي په بنسټیز ډول ساده کړي چې څنګه سوداګرۍ خپل مخابراتي زیربنا رامینځته کوي او ساتي.

ډیری بدلون کوونکی ټیکنالوژي نه یوازې موجوده سیسټمونه ښه کوي - دوی هغه خنډونه له منځه وړي چې دوی یې شکل کړي. د ریډبرګ اتوم ریسیورونه غوره انتنونه نه جوړوي؛ دوی د فریکونسۍ ځانګړي انتن مفهوم متروک کوي.

د هغو کاروبارونو لپاره چې په ګڼو ځایونو کې پیچلي عملیات اداره کوي، د مخابراتو پرت اکثرا یو نه لیدل کیدونکی مګر مهم انحصار دی. د Mewayz په څیر پلیټ فارمونه، کوم چې 207 عملیاتي ماډلونه راټولوي - له CRM او رسید څخه د بیړۍ مدیریت او ټیم همغږۍ ته - په یو واحد سوداګریز OS کې، دمخه د ټوټې شوي سیسټمونو د متحد کولو ارزښت څرګندوي. لکه څنګه چې د کوانټم سینسنګ ټیکنالوژي وده کوي او ډیر انعطاف منونکي ، انعطاف لرونکي مخابراتي هارډویر ته وړتیا ورکوي ، د سافټویر پلیټ فارمونه چې د سوداګرۍ عملیات تنظیموي به نور هم پیاوړي شي. د بیړیو مدیریت سیسټمونو تصور وکړئ چې د هر فریکونسۍ بانډ سره ارتباط ساتي، یا د ساحې خدماتو ټیمونه چې ارتباطات یې په اتوماتيک ډول د ځایی سپیکٹرم شرایطو سره سمون لري - د مربوط پلیټ فارمونو لخوا چمتو شوي عملیاتي ریښې به د دې انعطاف کارولو لپاره اړین وي.

د سپیکٹرم د څارنې فرصت

یو نږدې وخت غوښتنلیک چیرې چې د ریډبرګ رسیدونکي کولی شي ګړندي اختیار وګوري د سپیکٹرم نظارت او مدیریت دی. حکومتونه او تنظیم کونکي ادارې لکه FCC په کال کې ملیاردونه مصرفوي د راډیو سپیکٹرم کارونې څارنه ، غیر مجاز لیږدونه کشف کول ، او د فریکونسۍ تخصیص اداره کوي. اوسنۍ څارنه د بشپړ سپیکٹرم پوښلو لپاره د مختلف انتنونو او ریسیورونو قطارونو ته اړتیا لري - یو ګران، د ساتنې - دروند چلند.

یو واحد Rydberg اتوم سینسر کولی شي د انتن ټول فارم ځای په ځای کړي، د مایکروویو فریکونسۍ له لارې د HF څخه سکین کول د کافي ترموس په اندازه وسیله سره. د اتومي اندازه کولو د ځان انډول کولو ماهیت پدې معنی دی چې دا سینسرونه به د دورې اندازه کولو دورې پرته په قانوني ډول د موندلو وړ اندازه اندازه چمتو کړي چې اوسني تجهیزات یې غوښتنه کوي - داسې پروسه چې اوس مهال د څارنې سټیشنونه هر کال د ورځو لپاره آفلاین کوي.

د هغو کاروبارونو لپاره چې په تنظیم شوي سپیکٹرم چاپیریال کې فعالیت کوي - بې سیم ISPs، د خصوصي LTE شبکې چلونکي، لوژستیک شرکتونه چې د جواز لرونکي راډیو فریکونسۍ کاروي - دا ټیکنالوژي کولی شي په ډراماتیک ډول د موافقت لګښتونه کم کړي. د عملیاتي پلیټ فارمونو سره مدغم شوي اتوماتیک سپیکٹرم نظارت کولی شي په ریښتیني وخت کې د مداخلې مسلې په نښه کړي ، د میویز په څیر سیسټمونو کې تعقیب شوي د سوداګرۍ اغیزې ډیټا سره د مخابراتو اختلالاتو سره تړاو لري ترڅو د سپیکٹرم ستونزو ریښتیني لګښت اندازه کړي او حل ته لومړیتوب ورکړي.

بیا څه پیښیږي: د کوانټم ترلاسه کونکو لپاره مهال ویش

د اوسنیو څیړنو لارو او د پانګونې کچې پر بنسټ، د صنعت څارونکي د رایډبرګ اخیستونکي سوداګریز کولو لپاره یو دقیق مهال ویش وړاندیز کوي. په 2-3 کلونو کې، د سپیکٹرم نظارت او ساینسي اندازه کولو کې ځانګړي غوښتنلیکونه بازار ته د رسیدو احتمال لري. نظامي او دفاعي غوښتنلیکونه، چیرې چې اندازه، وزن، او د بریښنا ګټې د پریمیم لګښتونو توجیه کوي، کولی شي په ورته وخت کې د ساحې ځای پرځای کول وګوري. د مصرف کونکي او عمومي سوداګریز غوښتنلیکونه نور پای ته رسیدلي - احتمال لري 7-10 کاله - د لیزر کوچني کولو او د لګښت کمولو کې پاتې پرمختګونه.

د نورو کوانټم ټیکنالوژیو سره موازي لارښوونې دي. اټومي ساعتونه ورته لاره تعقیبوي: په 1950 لسیزه کې د خونې په اندازه لابراتوار وسیلو څخه د چپ پیمانه وسیلو پورې چې نن ورځ د 1,500 ډالرو څخه کم قیمت کې شتون لري. د انفلیکشن کلیدي نقطه هغه وخت راغله کله چې ملاتړ کونکي فوټونک اجزا - لیزرونه ، کشف کونکي ، او نظری عناصر - په پیمانه د تولید وړ شول. د ریډبرګ ریسیورانو لپاره، دا انفلیکشن نقطه نږدې کیږي ځکه چې مدغم شوي فوتونیکونه وده کوي او د عمودی - کیویټ سطحه جذبونکي لیزرونه (VCSELs) د اړتیا وړ طول موج او ثبات کچې ته رسي.

د مخ پر وړاندې فکر کولو سوداګرۍ لپاره، د کوانټم ریسیورونو رسیدلو ته انتظار کول ندي. دا د عملیاتي زیربنا رامینځته کول دي - متحد پلیټ فارمونه ، د انعطاف وړ ډیټا جوړښتونه ، د مخابراتو مدغم کاري جریان - چې کولی شي د بدلون ټیکنالوژۍ جذب او ګټه پورته کړي کله چې دوی راپورته کیږي. هغه سازمانونه چې د ډیجیټل بدلون سره ډیره مبارزه کوي هغه نه وو چې زاړه هارډویر لري؛ دوی هغه وو چې د ټوټې شوي سافټویر سیسټمونو سره چې نشي کولی تطابق وکړي. نن ورځ په یو متحد عملیاتي پلیټ فارم کې رامینځته کول، که د 5 کارمندانو اداره کول یا 5,000، دا بنسټ رامینځته کوي چې د هارډویر نوښت راتلونکی څپې وړاندې کوي.

لوی انځور: کله چې اتومونه انتن بدلوي

د راډبرګ اتومونو په کارولو سره د لاسي راډیو سیګنال بریالۍ کشف کول یو مهم ګام دی چې د نورو شیبو سره تړاو لري کله چې کوانټم فزیک له لابراتوار څخه وتښتید او عملي نړۍ ته ننوت - لومړی ټرانزیسټر، لومړی لیزر، لومړی GPS سپوږمکۍ د اټومي وخت معیارونو په کارولو سره. د دې ټیکنالوژیو څخه هرې یوې لسیزې ونیولې چې له مظاهرې څخه هر اړخیزې ته حرکت وکړي، مګر هر یو په نهایت کې صنعتونه په داسې طریقو بدل کړل چې د دوی اختراع کونکو هیڅکله وړاندوینه نه وه کړې.

د راډیو مخابرات د 45 ملیارد ډالرو نړیوال صنعت دی چې په 1901 کې د مارکوني د لومړي ټرانس اټلانټیک لیږد راهیسې په بنسټیز ډول ورته فزیکي اصولو باندې کار کوي. د ریډبرګ اتوم ریسیور په دې اصولو تکرار نه کوي - دا د هغه څه سره بدلوي چې د فزیک د بشپړې مختلفې څانګې څخه اخیستل شوي. د سوداګرۍ، انجنیرانو، او ټیکنالوژۍ ستراتیژیانو لپاره، د دې لاسي راډیو سیګنال یوازې آډیو نه دی. دا یو روښانه، بې باوره پیغام دی چې د برقی مقناطیسي سینسنګ او ارتباطاتو راتلونکی اټومي دی، او هغه سازمانونه چې د ګټې اخیستنې لپاره غوره موقعیت لري هغه به وي چې مخکې له دې په پلیټ فارمونو کې کار کوي د ټیکنالوژۍ سره د پرمختګ لپاره کافي انعطاف وړ دي.

په مکرر ډول پوښتل شوي پوښتنې

Rydberg اتومونه څه دي او ولې د کشف لپاره ښه دي؟

رایډبرګ اتومونه هغه اتومونه دي چې بهرنۍ الکترونونه یې خورا لوړ انرژي حالتونو ته هڅوي، دا د بهرنیو بریښنایی ساحو په څیر خورا حساس کوي، لکه د راډیو څپو په څیر. دا حساسیت دوی ته اجازه ورکوي چې سیګنالونه د دقیقیت کچې سره او د دودیز فلزي انتنونو په پرتله د پراخه فریکونسۍ په اوږدو کې کشف کړي. پلیټ فارمونه لکه Mewayz، د $ 19 / میاشت لپاره د 200 زده کړې ماډلونه وړاندې کوي، د دې پرمختللي کوانټم مفاهیمو د پوهیدو لپاره د لاسرسي وړ سرچینې چمتو کوي.

د واکي-ټاکي سیګنال د موندلو اهمیت څه وو؟

د معیاري، ټیټ ځواک واکي ټاکي سیګنال کشف کول دا ثابتوي چې دا کوانټم ټیکنالوژي کولی شي د ریښتینې نړۍ ارتباطات اداره کړي، نه یوازې د لابراتوار تجربې. دا د خورا حساس، کوچني ریسیورونو جوړولو په لور یو عملي ګام ښیې چې کولی شي د دودیزو راډیوګانو څخه کار واخلي. دا پرمختګ په عصري تخنیکي کورسونو کې یوه کلیدي موضوع ده، په شمول د موویز په څیر پلیټونو کې موجود ماډلونه.

دا ټیکنالوژي څنګه کولی شي ورځني ارتباط بدل کړي؟

د Rydberg-based ریسیورونه کولی شي ډیر خوندي، د مداخلې په وړاندې مقاومت لرونکي مخابراتي سیسټمونو ته الر پیدا کړي چې کوچني او ډیر اغیزمن دي. دوی کولی شي د یوې وسیلې سره د فریکونسۍ پراخه سپیکٹرم کې کار وکړي ، په احتمالي توګه د څو ځانګړي انتنونو ځای په ځای کوي. د دې راتلونکي غوښتنلیکونو پوهیدل د میویز په څیر خدماتو څخه د جوړښت زده کړې لارې سره اسانه دي.

ایا دا ټیکنالوژي چمتو ده چې زما اوسنۍ راډیو بدله کړي؟

تر اوسه نه. دا د لابراتوار نندارتون دی چې ثابتوي چې مفهوم کار کوي. د پام وړ انجینري ننګونې د ټیکنالوژۍ په جوړولو کې پاتې دي چې د کنټرول شوي چاپیریال څخه بهر د کمپیکٹ، ارزانه، او د کار وړ وړ دي. په هرصورت، دا مرحلې په چټکۍ سره پرمختګ ګړندی کوي. د هغو کسانو لپاره چې د دې پرمختللې ساحې تعقیبولو کې لیوالتیا لري، میویز د عصري فزیک او انجینرۍ په اړه تازه ماډلونه وړاندې کوي.