Forskare vid National Institute of Standards and Technology (NIST) har visat en ny typ av sensor som använder atomer för att ta emot vanligt använda kommunikationssignaler. Denna atombaserade mottagare har potential att vara mindre och fungera bättre i bullriga miljöer än konventionella radiomottagare, bland andra möjliga fördelar.

NIST -teamet använde cesiumatomer för att ta emot digitala bitar (1:or och 0:or) i det vanligaste kommunikationsformatet, som används i mobiltelefoner, Wi-Fi och satellit-TV, till exempel. I detta format, kallas fasförskjutning eller fasmodulering, radiosignaler eller andra elektromagnetiska vågor förskjuts i förhållande till varandra över tiden. Informationen (eller data) är kodad i denna modulering.

"Poängen är att visa att man kan använda atomer för att ta emot modulerade signaler, "sa projektledaren Chris Holloway." Metoden fungerar över ett stort antal frekvenser. Datahastigheterna är ännu inte de snabbaste där ute, men det finns andra fördelar här, som att det kan fungera bättre än konventionella system i bullriga miljöer. "

Som beskrivs i en ny tidning, kvantsensorn tog emot signaler baserade på verkliga fasförskjutningsmetoder. En 19,6 gigahertz överföringsfrekvens valdes eftersom det var bekvämt för experimentet, men det kan också användas i framtida trådlösa kommunikationssystem, Sa Holloway.

NIST -teamet använde tidigare samma grundteknik för bild- och mätapplikationer. Forskare använder två olika färglasrar för att förbereda atomer i en ångcell till tillstånd med hög energi ("Rydberg"), som har nya egenskaper som extrem känslighet för elektromagnetiska fält. Frekvensen för en elektrisk fältsignal påverkar ljusets färger som absorberas av atomerna.

I de nya experimenten, laget använde en nyligen utvecklad atombaserad mixer för att konvertera insignaler till nya frekvenser. En radiofrekvens (RF) signal fungerar som en referens och en andra RF signal fungerar som den modulerade signalbäraren. Skillnader i frekvens och förskjutning mellan de två signalerna detekterades och mättes genom att sondera atomerna.

Medan många forskare tidigare har visat att atomer kan ta emot andra format av modulerade signaler, NIST-teamet var först med att utveckla en atombaserad mixer som kunde hantera fasförskjutning.

Beroende på kodningsschemat, det atombaserade systemet fick upp till cirka 5 megabit data per sekund. Detta är nära hastigheten på äldre, tredje generationens (3G) mobiltelefoner.

Forskarna mätte också noggrannheten för den mottagna bitströmmen baserat på en konventionell mätvärde som kallas felvektorstorlek (EVM). EVM jämför en mottagen signalfas med idealläget och mäter därmed moduleringskvaliteten. EVM i NIST -experimenten var under 10 procent, vilket är anständigt för en första demonstration, Sa Holloway. Detta är jämförbart med system som används i fältet, han lade till.

Små lasrar och ångceller används redan i vissa kommersiella enheter såsom atomklockor i chipskala, tyder på att det kan vara möjligt att bygga praktisk atombaserad kommunikationsutrustning.

Med vidare utveckling, atombaserade mottagare kan erbjuda många fördelar jämfört med konventionell radioteknik, enligt tidningen. Till exempel, det finns inget behov av traditionell elektronik som konverterar signaler till olika frekvenser för leverans eftersom atomerna gör jobbet automatiskt. Antennerna och mottagarna kan vara fysiskt mindre, med mått i mikrometer. Dessutom, atombaserade system kan vara mindre mottagliga för vissa typer av störningar och buller. Den atombaserade mixern kan också mäta svaga elektriska fält exakt.