Een nieuwe kwantumsensor kan het volledige spectrum van radiofrequentiesignalen en real-world signalen analyseren, waardoor nieuwe mogelijkheden ontstaan voor communicatie door soldaten, spectrumbewustzijn en elektronische oorlogsvoering.
Onderzoekers uit het leger bouwden de kwantumsensor, die het radiofrequentiespectrum kan bemonsteren – van nul tot 20 GHz – en AM- en FM-radio, Bluetooth, Wi-Fi en andere communicatiesignalen kan detecteren.
De Rydberg-sensor maakt gebruik van laserstralen om zeer energetische Rydberg-atomen direct boven een microgolfcircuit te creëren, om het gedeelte van het spectrum dat wordt gemeten te versterken en aan te scherpen. De Rydberg-atomen zijn gevoelig voor de spanning van de schakeling, waardoor het apparaat kan worden gebruikt als een gevoelige opnemer voor het brede scala aan signalen in het RF-spectrum.
“Alle eerdere demonstraties van Rydberg-atomaire sensoren hebben alleen kleine en specifieke gebieden van het RF-spectrum kunnen waarnemen, maar onze sensor werkt nu voor het eerst continu over een breed frequentiebereik”, aldus Dr. Kevin Cox, een onderzoeker bij de US Army Combat Capabilities Development Command, nu bekend als DEVCOM, Army Research Laboratory. “Dit is een heel belangrijke stap om te bewijzen dat kwantumsensoren een nieuwe en dominante reeks mogelijkheden kunnen bieden voor onze soldaten, die opereren in een steeds complexer elektromagnetisch slagveld.”
Onderzoekers wekken Rubidium-atomen op tot hoogenergetische Rydberg-niveau’s. De atomen werken sterk samen met de elektrische velden van het circuit, waardoor detectie en demodulatie van elk in het circuit ontvangen signaal mogelijk is.
De Rydberg-spectrumanalyzer heeft het potentieel om de fundamentele beperkingen van traditionele elektronica in gevoeligheid, bandbreedte en frequentiebereik te overtreffen. Hierdoor hebben de Rydberg-spectrumanalysator en andere kwantumsensoren van het laboratorium het potentieel om een nieuwe grens van legersensoren te creëren voor spectrumbewustzijn, elektronische oorlogsvoering, detectie en als communicatie – onderdeel van de moderniseringsstrategie van het leger.
“Apparaten die zijn gebaseerd op kwantumbestanddelen zijn een van de topprioriteiten van het leger om technische verrassingen mogelijk te maken in de competitieve toekomstige gevechtsruimte”, zei legeronderzoeker Dr. David Meyer. “Quantumsensoren in het algemeen, inclusief degene die hier wordt gedemonstreerd, bieden een ongeëvenaarde gevoeligheid en nauwkeurigheid om een breed scala aan bedrijfskritische signalen te detecteren.”
De onderzoekers plannen aanvullende ontwikkeling om de signaalgevoeligheid van de Rydberg-spectrumanalyzerr te verbeteren, met als doel de bestaande ultramoderne technologie te overtreffen.
“Aanzienlijke inspanningen op het gebied van fysica en engineering zijn nog steeds nodig voordat de Rydberg-analyzer kan worden geïntegreerd in een apparaat dat in de praktijk kan worden getest”, aldus Cox. “Een van de eerste stappen zal zijn om te begrijpen hoe de prestaties van het apparaat kunnen worden behouden en verbeterd naarmate de sensorgrootte wordt verkleind. Het leger is naar voren gekomen als een toonaangevende ontwikkelaar van Rydberg-sensoren, en we verwachten dat er meer baanbrekend onderzoek zal volgen als dit futuristische technologie concept snel realiteit zal worden.”
https://phys.org/news/2021-02-quantum-entire-radio-frequency-spectrum.html