Tiatomo ta Rydberg ti vona swikombiso leswi nga erivaleni leswi humaka eka xiya-ni-moya lexi khomiwaka hi voko

Vaamukeri Va Quantum Va Ntse Ku Teka Xikombiso Xa Walkie-Talkie — Naswona Sweswo Swi Cinca Hinkwaswo

Ku ringana makume ya malembe, vuhlanganisi bya xiya-ni-moya byi titshege hi thekinoloji leyi fanaka ya xisekelo: ti- antenna ta nsimbi leti hundzulaka magandlati ya gezi ma va swikombiso swa gezi. Yi tirha, kambe yi ta na swipimelo swo tika swa miri — swipimelo swa vukulu, swipimelo swa frequency, na ku va ekhombyeni ro kavanyetiwa. Sweswi, valavisisi va kombise nchumu lowu nga tsalaka milawu hi vuntshwa hi ku helela. Hi ku tirhisa tiatomo ta Rydberg — tiatomo leti nga ni tielektroni leti tsakeke ku ya eka swiyimo swa eneji leyi tlakukeke hi ndlela leyi nga tolovelekangiki — vativi va sayense va kume hi laha ku humelelaka swikombiso leswi nga erivaleni, leswi twisisekaka leswi hundziseriwaka ku suka eka xiya-ni-moya lexi tolovelekeke lexi khomiwaka hi voko. Leswi a hi ku antswisiwa ka lab ya marginal. I vumbhoni bya miehleketo ya leswaku fizikisi ya quantum yi nga siva thekinoloji ya ti-antenna ya lembe xidzana hi nchumu lowu tlakukeke hi xisekelo, naswona switandzhaku swi anama ku suka eka vuhlanganisi bya vusirheleri ku ya eka ndlela leyi mabindzu ya siku na siku ya lawulaka matirhelo ya wona na vuhlanganisi.

I Yini Tiathomo ta Rydberg naswona Ha Yini U Fanele Ku Khathalela?

Athomo ya Rydberg i athomo leyi eka yona electron yin’we kumbe ku tlula yi tsakisiweke ku ya eka nhlayo ya le henhla swinene ya quantum ya nkoka — minkarhi yin’wana yi fikelela mimpimo ya 50, 100, kumbe ku tlula. Eka swiyimo leswi, elektroni yi rhendzeleka hi mpfhuka lowukulu ku suka eka nyutliyasi loko yi pimanisiwa ni xiyimo xa yona xa le hansi, leswi endlaka leswaku athomo yi va ni vuxiyaxiya hi ndlela leyi nga tolovelekangiki eka tinsimu ta gezi ta le handle. Athomo yin’we ya Rydberg yi nga va yikulu minkarhi ya 10,000 ku tlula athomo leyi tolovelekeke ya xiyimo xa le hansi, naswona ku twisisa ka yona eka miseve ya gezi yi pima swinene hi mpimo wolowo.

Ku twisisa loku hi kona ku endlaka leswaku tiatomo ta Rydberg ti koka rinoko swinene ku fana na swiamukeri swa xiya-ni-moya. Ti antenna ta ndhavuko tifanele kuva na sayizi ya nyama kuva ti fambelana na wavelength leyi tiyi kumaka — xipimelo xa xisekelo lexi sivelaka miniaturization na ku amukeriwa ka broadband. Tiatomo ta Rydberg ti papalata leswi hi ku helela. Sele ya vapor leyintsongo kutlula bokisi ra match, leyi taleke hi ti athomo ta cesium kumbe rubidium leti tsakisiwaka hi ti precision laser, yinga vona swikombiso eka frequency range kusuka eka kilohertz kuya eka terahertz. Eka nkombiso wa sweswinyana, valavisisi va yingise xiamukeri xa vona xa Rydberg ku teka xigingi xa VHF-band ku suka eka rhadiyo ya mabindzu leyi khomiwaka hi voko leyi tirhaka kwalomu ka 150 MHz — frequency leyi tirhisiwaka hi vahlamuri vo sungula, swihahampfhuka, na tisisiteme ta rhadiyo ya mabindzu leti nga hlayekiki emisaveni hinkwayo.

Xigingi a xi voniwanga ntsena tanihi data yo ka yi nga swekiwanga. Yi demodulated no humesiwa nakambe tani hi audio leyi nga erivaleni, leswi kombisaka leswaku ti receivers leti simekiweke eka Rydberg tinga tirha tani hi switirhisiwa swa vuhlanganisi leswi tirhaka, kungari ntsena exotic laboratory curiosities.

Ha yini ku pfuleka loku ku ri ka nkoka ku tlula ti-demo ta khale ta Quantum Sensing

Quantum sensing yi humesile tinhlokomhaka to hlamarisa khale, kambe minkombiso yo tala a yi ri kona eka tindhawu leti lawuriwaka swinene leti nga na swiyimo leswinene. Lexi hambanisaka vuyelo lebyi i ku tirhisiwa ka byona emisaveni ya xiviri. Radio leyi khomiwaka hi voko yiva kwalomu ka transmitter leyi tolovelekeke tani hileswi unga swikumaka — yi tirhisa betri, yitsongo, yi tirha eka ti levele ta matimba ya mabindzu ya ntolovelo hi ntolovelo exikarhi ka 1 na 5 watts. Mhaka ya leswaku xiamukeri xa athomo ya Rydberg xi nga humesa xikombiso lexi tirhisiwaka eka xitirhisiwa xo tano lexi tolovelekeke yi kombisa leswaku thekinoloji yi hundza eka vumbhoni bya nsinya wa nawu ku ya eka ku humelela ka xiviri ka vunjhiniyara.

Tisisiteme ta ndhavuko ta ti-antena ti xaniseka hi swipimelo swo hlayanyana leswi tivekaka leswi va amukeri va Rydberg va nga swi hlulaka:

• Ku hlanganisiwa ka vukulu na frequency: Ti antenna ta ntolovelo ti fanele ku va xiphemu lexikulu xa wavelength leyi kongomisiweke, leswi endlaka leswaku ku amukeriwa ka frequency ya le hansi ku lava swivumbeko leswikulu hi tlhelo ra nyama. Vaamukeri va Rydberg va hambanyisa ku kumiwa na vukulu bya xiviri hi ku helela.
• Swipimelo swa bandwidth: Ti antenna to tala ti tuned eka ti frequency bands to koma. Tiatomo ta Rydberg ti nga yingisiwa eka spectrum leyikulu swinene ntsena hi ku lulamisa tifrekwensi ta laser, leswi endlaka leswaku ku va na ku amukeriwa ka broadband loku hlamuseriweke hi software.
• Ku kavanyetiwa ka gezi: Ti-antenna ta nsimbi ti teka mpfumawulo ku suka eka switirhisiwa swa elektroniki na swivumbeko swa le kusuhi. Vaamukeri va Rydberg va tirhisa ku hlaya ka mahlo, leswi endlaka leswaku hi ntumbuluko va nga sirhelelekanga eka swivumbeko swo tala swa ku kavanyetiwa ka gezi.
• Calibration drift: Swiamukeri swa ntolovelo swi lava ku kalibhara nkarhi na nkarhi ku ya hi swipimelo swa ndzavisiso. Ti athomo ta Rydberg ti nyika mimpimo yo tikalibhara leyi landzelerisiwaka eka swiyimo swa xisekelo swa athomo, leswi nyikaka ku pakanisa ka ku pima ehansi ka 1% handle ka swikombo swa le handle.

Swipfuno leswi swi hlamusela leswaku hikokwalaho ka yini tinhlengeletano ku suka eka DARPA ku ya eka tilabu ta thelekhomu ta mabindzu ti vekisile mali yo tala eka ndzavisiso wa athomo ya Rydberg eka malembe ya ntlhanu lama hundzeke, laha mali leyi hlanganisiweke yi tlulaka $100 wa timiliyoni emisaveni hinkwayo ku sukela hi 2020.

Ku suka eka Tilab ta Fizikisi ku ya eka ku Tirhisiwa ka Nsimu: Mintlhontlho ya Vuinjhiniyere leyi nga emahlweni

Hambi leswi ku nga na ntsako, swihinga leswikulu swa vunjhiniyara swa ha ri kona emahlweni ka ku humelela ka swiamukeri swa Rydberg eka switirhisiwa swa mabindzu. Maendlelo ya sweswi ya lava ti laser ta precision ku hlohlotela ti athomo kuya eka swiyimo swa tona swa Rydberg — hi ntolovelo i xikimi xa ku hlohlotela ka ti photon timbirhi hiku tirhisa ti laser eka 852 nm na 509 nm eka ti athomo ta cesium. Maendlelo lawa ya laser, hambi leswi ya yaka ya ringanana, ya ha dya matimba yo tala naswona ya teka vholumo yo tala ku tlula antenna yo olova ya ntambhu. Valavisisi va National Institute of Standards and Technology (NIST) na ti lab to hlaya ta le yunivhesiti va tirha eka swintshuxo swa photonic leswi hlanganisiweke leswi nga hungutaka sisiteme hinkwayo ya mahlo eka pulatifomo ya xikalo xa tichipi.

Ku tshamiseka ka mahiselo i nchumu wun’wana lowu karhataka. Ti cells ta Rydberg atom vapor ti tirha kahle eka mahiselo lawa ya lawuriwaka, hi ntolovelo exikarhi ka 25°C na 45°C, kuva ti hlayisa atomic density leyinene. Ku tirhisiwa ka nsimu eka tindzhawu letikulu — ku hisa ka mananga, xirhami xa arctic, kumbe ku rhurhumela ka movha lowu fambafambaka — swi nghenisa mintlhontlho leyi swiyimiso swa laboratory swinga langutaniki na swona. Hambiswiritano, nhluvuko wa sweswinyana eka ti micro-fabricated vapor cells letingana ti heaters leti hlanganisiweke xikan’we na thermal isolation swikombe mbuyelo lowu tshembisaka, laha ti prototypes tin’wana ti hlayisaka matirhelo eka 60°C ambient temperature range.

Nhlayo ya xikombiso na mpfumawulo na yona yi lava ku antswisiwa eka switirhisiwa swo karhi. Loko nkombiso wa radio lowu khomiwaka hi voko wu humese mpfumawulo lowu nga erivaleni, ku twisisa ka xiamukeri xa ha wela ehansi eka swiamukeri leswi tolovelekeke swa kahle hi kwalomu ka 10-20 dB eka swikombiso swa narrowband. Valavisisi va langutana na leswi hi ku tirhisa tithekiniki to fana na swikimi swa ku hlohlotela ka tiphotoni to tala na ku antswisiwa ka ku vonakala loku hlohloteriwaka hi gezi (EIT), laha ku antswisiwaka ka lembe na lembe ka kwalomu ka 3-5 dB loku vikiweke eka matsalwa ya sweswinyana.

Vuxaka bya Mabindzu eka Misava ya le Ndzhaku ka Ti-Antena

Switandzhaku leswi tirhaka swa swiamukeri swa xiya-ni-moya swa quantum swi tlula swinene ku tirhisiwa ka masocha na sayense. Anakanya hi switirhisiwa swa vuhlanganisi leswi mabindzu ya manguva lawa ya titshegeke ha swona siku na siku. Ku suka eka tisisiteme ta rhadiyo ya vuhlayiselo na tinetiweki ta ku rhumela swikepe ku ya eka ti-array ta switwi swa IoT na Wi-Fi ya muako hinkwawo, vuhlanganisi bya gezi byi seketela kwalomu ka maendlelo man’wana na man’wana ya ntirho ya ntirho. Thekinoloji leyi nga amukelaka eka spektramu hinkwayo ya xiya-ni-moya hi xitirhisiwa xin’we, xo koma hi xisekelo yi nga olovisa ndlela leyi mabindzu ma akaka na ku hlayisa switirhisiwa swa wona swa vuhlanganisi ha yona.

Tithekinoloji leti hundzulaka swinene a ti antswisi ntsena tisisiteme leti nga kona — ti herisa swipimelo leswi ti vumbeke. Swiamukeri swa athomo swa Rydberg a swi endli ti- antenna to antswa; va endla leswaku mhaka ya antenna leyi kongomisiweke eka frequency yi nga ha tirhi.

Eka mabindzu lama lawulaka matirhelo yo rharhangana eka tindhawu to tala, leyara ya vuhlanganisi yi tala ku va ku titshega loku nga vonakiki kambe ka nkoka. Tipulatifomo to fana na Mewayz, leti hlanganisaka 207 wa mimojula ya matirhelo — ku suka eka CRM na ku endla ti-invoice ku ya eka vufambisi bya swikepe na nhlanganiso wa swipano — eka OS yin’we ya bindzu, se ti kombisa nkoka wa ku hlanganisa tisisiteme leti hambanisiweke. Loko thekinoloji ya quantum sensing yi ri karhi yi vupfa no endla leswaku ku va na hardware ya vuhlanganisi leyi cinca-cincaka, leyi tiyeke, tipulatifomo ta sofwere leti hlela matirhelo ya bindzu ti ta va na matimba swinene. Anakanya hi tisisiteme ta vulawuri bya swikepe leti hlayisaka vuhlanganisi eka bandhi yihi na yihi ya frequency, kumbe swipano swa vukorhokeri bya nsimu leswi vuhlanganisi bya swona byi titolovetaka hi ku tisungulela eka swiyimo swa spectrum ya laha kaya — nkolo wa ntirho lowu nyikiwaka hi tipulatifomo leti hlanganisiweke wu ta va wa nkoka ku tirhisa ku cinca-cinca koloko.

Nkarhi wa Vulawuri bya Spectrum

Xitirhisiwa xin’we xa nkarhi wa le kusuhi laha va amukeri va Rydberg va nga vonaka ku amukeriwa hi xihatla i ku vekiwa tihlo ka spectrum na vulawuri. Mimfumo na mihlangano ya vulawuri yo fana na FCC yi tirhisa tibiliyoni lembe na lembe ku langutisisa matirhiselo ya spektramu ya xiya-ni-moya, ku kuma ku hundziseriwa loku nga pfumeleriwangiki, na ku lawula ku averiwa ka tifrekwensi. Ku vekiwa tihlo ka sweswi ku lava ti arrays ta ti antenna to hambana na ti receivers ku funengeta spectrum leyi heleleke — endlelo ro durha, ro tika ku hlayisa.

Xitwi xin’we xa athomo ya Rydberg xi nga siva purasi hinkwaro ra ti-antenna, xi skena ku suka eka HF hi ku tirhisa tifrekwensi ta microwave hi xitirhisiwa lexi ringanaka na thermos ya kofi. Ntumbuluko wo tikalibhara wa mimpimo ya athomo swi vula leswaku switwi leswi swi ta nyika mimpimo leyi landzelerisiwaka hi nawu handle ka swirhendzevutani swa nkarhi na nkarhi swa kalibhara leswi switirhisiwa swa sweswi swi swi lavaka — endlelo leri sweswi ri tekaka switichi swo veka tihlo ehandle ka inthanete ku ringana masiku lembe na lembe.

Eka mabindzu lama tirhaka eka tindhawu ta spektrum leti lawuriwaka — ti-ISP leti nga riki na tintambhu, vafambisi va netiweke ya LTE ya phurayivhete, tikhamphani ta vutleketli leti tirhisaka tifrekwensi ta rhadiyo leti nga na layisense — thekinoloji leyi yi nga hunguta swinene ku durha ka ku landzelela. Ku vekiwa tihlo ka spektrum hi xiothomethi loku hlanganisiweke na tipulatifomo ta matirhelo ku nga fungha timhaka ta ku kavanyeteka hi nkarhi wa xiviri, ku fambelanisa ku kavanyeteka ka vuhlanganisi na datha ya nkucetelo wa bindzu leyi landzelerisiweke eka tisisiteme to fana na Mewayz ku pima ntsengo wa xiviri wa swiphiqo swa spektrum na ku rhangisa ntlhantlho.

Leswi Endlaka Endzhaku: Nkarhi wa Vaamukeri va Quantum

Hi ku ya hi tindlela ta sweswi ta ndzavisiso na swiyimo swa vuvekisi, vahlaleri va indasitiri va ringanyeta nkarhi wo olova wa ku xavisiwa ka swiamukeri swa Rydberg. Ku nga si hela malembe ya 2-3, switirhisiwa swo hlawuleka eka ku vekiwa tihlo ka spectrum na ku pima ka sayense swi nga endleka ku fika emakete. Switirhisiwa swa masocha na vusirheleri, laha vukulu, ntiko, na ku vuyeriwa ka matimba swi lulamisaka ku durha ka premium, swi nga vona ku tirhisiwa ensin’wini eka nkarhi lowu fanaka. Switirhisiwa swa mabindzu na swa mabindzu hi ku angarhela swi ya emahlweni — swi nga endleka ku ri 7-10 wa malembe — ku rindzeriwa ku humelela eka ku hungutiwa ka laser na ku hunguta ntsengo.

Ku fana na tithekinoloji tin'wana ta quantum swa dyondzisa. Tiwachi ta athomo ti landzele ndlela leyi fanaka: kusuka eka switirhisiwa swa laboratory leswi ringanaka na kamara hiva 1950 kuya eka switirhisiwa swa chip-scale leswi kumekaka ehansi ka $1,500 namuntlha. Nhlayo ya nkoka ya inflection yifike loko swiphemu swa photonic leswi seketelaka — ti laser, detectors, na ti optical elements — swive leswi endliwaka hi xikalo. Eka va amukeri va Rydberg, ndzhawu yoleyo yo rhendzeleka yi tshinela loko ti photonics leti hlanganisiweke ti vupfa naswona ti vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSELs) ti fikelela ti wavelengths leti lavekaka na ti levele ta ku tshamiseka.

Eka mabindzu lama ehleketaka emahlweni, takeaway a hi ku rindza leswaku ti quantum receivers ti fika. I ku aka switirhisiwa swa matirhelo — tipulatifomo leti hlanganeke, ti-architecture ta datha leti cinca-cincaka, maendlelo ya ntirho ya vuhlanganisi lama hlanganisiweke — lama nga amukelaka na ku tirhisa thekinoloji yo hundzula loko yi ri karhi yi humelela. Tinhlengeletano leti a ti lwisana ngopfu na ku cinca ka xidijitali a ku nga ri leti nga na hardware ya khale; a ku ri lava nga ni tisisiteme ta software leti hambanisiweke leti a ti nga swi koti ku pfumelelana ni swiyimo. Ku aka eka pulatifomo ya matirhelo leyi hlanganisiweke namuntlha, hambi ku ri ku lawula vatirhi va 5 kumbe 5,000, swi tumbuluxa masungulo yo tirhisa xin’wana na xin’wana lexi gasi leri landzelaka ra vutumbuluxi bya hardware ri xi tisaka.

Xifaniso Lexikulu: Loko Tiathomo Ti Cinca Ti-antenna

Ku kumiwa loku humelelaka ka xigingi xa xiya-ni-moya lexi khomiwaka hi voko hi ku tirhisa tiatomo ta Rydberg i xiendlakalo xa nkoka lexi welaka etlhelo ka minkarhi yin’wana laha fizikisi ya quantum yi balekeke elaboratori yi nghena emisaveni leyi tirhaka — transistor yo sungula, laser yo sungula, sathelayiti yo sungula ya GPS hi ku tirhisa swipimelo swa nkarhi wa athomo. Yin’wana na yin’wana ya thekinoloji leyi yi teke makume ya malembe ku suka eka nkombiso ku ya eka ku va kona hinkwako, kambe yin’wana na yin’wana eku heteleleni yi vumbe hi vuntshwa tiindasitiri hi tindlela leti vasunguri va tona va nga si tshamaka va ti vhumbha.

Vuxaka bya xiyanimoya i indasitiri ya misava hinkwayo ya $45 wa tibiliyoni leyi tirheke hi xisekelo lexi fanaka xa milawu ya nyama ku sukela loko Marconi a hundziseriwe ro sungula ku tsemakanya Atlantic hi 1901. Muamukeri wa athomo ya Rydberg a nga vuyeleri eka milawu yoleyo — yi yi siva hi nchumu lowu tekiweke eka rhavi leri hambaneke hi ku helela ra fizikisi. Eka mabindzu, vanjhiniyara ni vativi va tindlela ta thekinoloji, xikombiso lexi humaka eka xiya-ni-moya xexo lexi khomiwaka hi voko a hi mpfumawulo ntsena. I rungula leri nga erivaleni, leri nga kanakanisiki ra leswaku vumundzuku bya ku twa na vuhlanganisi bya gezi i bya athomo, naswona tinhlengeletano leti nga eka xiyimo lexinene xo vuyeriwa ku ta va leti se ti tirhaka eka tipulatifomo leti cinca-cincaka ku ringana ku hluvuka na thekinoloji.

Swivutiso Leswi Vutisiwaka Nkarhi Na Nkarhi

Hi tihi tiatomo ta Rydberg naswona hikokwalaho ka yini ti ri kahle eka ku kumiwa?

Tiatomo ta Rydberg i tiatomo leti tielektroni ta tona ta le handle swinene ti tsakeriwaka eka swiyimo swa eneji ya le henhla swinene, leswi endlaka leswaku ti va na vuxiyaxiya swinene eka tinsimu ta gezi ta le handle, ku fana na leti nga eka magandlati ya xiya-ni-moya. Ku twisisa loku ku va pfumelela ku vona swikombiso hi mpimo wa vukheta na ku tsemakanya nxaxamelo wo anama wa tifrekwensi ku tlula ti-antenna ta nsimbi ta ndhavuko. Tipulatifomo to fana na Mewayz, leti nyikaka ku tlula 200 wa mimojula yo dyondza hi $19/n’hweti, ti nyika switirhisiwa leswi fikelelaka ku twisisa miehleketo leyi ya xiyimo xa le henhla ya quantum.

Hi wihi nkoka wo kuma xikombiso xa walkie-talkie?

Ku kuma xigingi xa ntolovelo, xa matimba ya le hansi xa walkie-talkie swi tiyisisa leswaku thekinoloji leyi ya quantum yi nga khoma vuhlanganisi bya misava ya xiviri, ku nga ri ntsena swikambelo swa le laboratori. Yi kombisa goza leri tirhaka ro aka swiamukeri leswi nga ni vuxiyaxiya swinene, leswitsongo leswi nga tirhaka ku tlula swiya-ni-moya leswi tolovelekeke. Ku humelela loku i nhlokomhaka ya nkoka eka tikhoso ta thekinoloji ya manguva lawa, ku katsa na mimojula leyi kumekaka eka tipulatifomo to fana na Mewayz.

Xana thekinoloji leyi yi nga cinca njhani vuhlanganisi bya siku na siku?

Swiamukeri leswi simekiweke eka Rydberg swi nga yisa eka tisisiteme ta vuhlanganisi leti sirhelelekeke swinene, leti nga kavanyetiwiki leti nga titsongo naswona ti tirhaka kahle. A ti nga tirha eka spectrum leyikulu ya tifrekwensi hi xitirhisiwa xin’we, leswi nga ha siva ti- antenna to tala to hlawuleka. Ku twisisa switirhisiwa leswi swa nkarhi lowu taka swa olova hi tindlela to dyondza leti hlelekeke ku suka eka vukorhokeri byo fana na Mewayz.

Xana thekinoloji leyi yi lulamerile ku siva xiyanimoya xa mina xa sweswi?

A swi si fika. Lexi i nkombiso wa laboratori lowu kombisaka leswaku mhaka leyi ya tirha. Mintlhontlho ya nkoka ya vunjhiniyara ya ha ri kona eku endleni ka thekinoloji leyi ringanaka, yi nga durhi, naswona yi tirha ehandle ka tindhawu leti lawuriwaka. Hambiswiritano, xiendlakalo lexi xa nkoka xi hatlisisa nhluvuko hi ku hatlisa. Eka lava va tsakelaka ku landzelela nsimu leyi yi hluvukaka, Mewayz yi nyika mimojula ya nkarhi wa sweswi eka fizikisi ya xiyimo xa le henhla na vunjhiniyara.