Communications radio basées sur Atom

Les chercheurs ont démontré un capteur atomique capable de déterminer la direction d'un signal radio entrant, un autre élément clé d'un système de communication atomique potentiel qui pourrait être plus petit et mieux fonctionner dans des environnements bruyants que la technologie conventionnelle.

La capacité de mesurer « l'angle d'arrivée » d'un signal permet de garantir la précision des communications radar et sans fil, qui doivent trier les messages et images réels des interférences aléatoires ou délibérées. Un véritable système de communication basé sur l'atome profiterait à la 5G et au-delà.

Deux lasers de couleurs différentes préparent des atomes de césium gazeux dans un minuscule flacon en verre, ou cellule, dans des états de haute énergie (Rydberg) qui ont de nouvelles propriétés telles qu'une sensibilité extrême aux champs électromagnétiques. La fréquence d'un signal de champ électrique affecte les couleurs de la lumière absorbée par les atomes. Un "mélangeur" ​​à base d'atomes prend les signaux d'entrée et les convertit en différentes fréquences. Un signal sert de référence tandis qu'un second signal est converti ou désaccordé à une fréquence inférieure. Les lasers sondent les atomes pour détecter et mesurer les différences de fréquence et de phase entre les deux signaux. La phase fait référence à la position des ondes électromagnétiques les unes par rapport aux autres dans le temps.

Le mélangeur mesure la phase du signal désaccordé à deux endroits différents à l'intérieur de la cellule à vapeur atomique. Sur la base des différences de phase à ces deux endroits, les chercheurs peuvent calculer la direction d'arrivée du signal. Pour démontrer l'approche, l'équipe a mesuré les différences de phase d'un signal expérimental de 19,18 Gigahertz à deux endroits à l'intérieur de la cellule à vapeur pour différents angles d'arrivée. Ils ont comparé ces mesures à la fois à une simulation et à un modèle théorique pour valider la nouvelle méthode.

Les capteurs à base d'atomes présentent en général de nombreux avantages possibles, notamment des mesures à la fois très précises et universelles ; c'est-à-dire le même partout parce que les atomes sont identiques. Les normes de mesure basées sur les atomes incluent celles de la longueur et du temps.

Avec un développement ultérieur, les récepteurs radio atomiques peuvent offrir de nombreux avantages par rapport aux technologies conventionnelles. Par exemple, il n'y a pas besoin d'électronique traditionnelle qui convertit les signaux en différentes fréquences pour la livraison car les atomes font le travail automatiquement. Les antennes et les récepteurs peuvent être physiquement plus petits, avec des dimensions à l'échelle du micromètre. De plus, les systèmes à base d'atomes peuvent être moins sensibles à certains types d'interférences et de bruit.