Польські фізики створили перший у світі повністю оптичний радіоприймач, який працює виключно на лазерному випромінюванні. Замість металевих антен або електричних схем пристрій використовує Рідбергівські атоми для виявлення й декодування радіохвиль. Приймач здатний самокалібруватися, з високою точністю реєструвати слабкі сигнали та працювати непомітно, використовуючи тільки світлові промені. Результати своєї роботи науковці оприлюднили в журналі Nature Communications.

Сьогодні більшість цифрової інформації передають за допомогою радіохвиль. Для приймання й передавання цих сигналів застосовують стандартні металеві антени та перетворювачі. Група вчених із Варшавського університету замінила всю цю установку атомами рубідію, зваженими в скляній камері, які опромінювали три надстабільні лазери.

«У своїх експериментах ми замінили антену й електронний змішувач новим середовищем — своєрідним штучним північним сяйвом», — пояснив Міхал Парняк, керівник проєкту. Дослідники з його команди протягом багатьох років удосконалювали методи виявлення мікрохвиль на основі атомів Рідберга. Їхня технологія вирізняється здатністю до самокалібрування, високою чутливістю й можливістю мініатюризації.

Кожен лазерний промінь точно відповідає квантовим енергетичним рівням атомів рубідію. Електрони реагують, переходячи на високоенергетичні орбіти, відомі як рідбергівські стани.

Коли радіохвилі проходять через камеру, вони злегка змінюють цей рух атомів. Згодом електрони повертаються на нижчі орбіти й випромінюють слабке інфрачервоне випромінювання, яке несе закодований сигнал.

Разом з тим, команда змогла вирішити складне технічне завдання, підтримуючи ідеальний ритм лазерів і атомів. Вони використовували оптичні резонатори — вакуумні трубки з дзеркальним покриттям, які стабілізують частоту світла. Така система забезпечує рівномірний рух електронів і дає змогу точно визначати амплітуду й фазу сигналу.

На відміну від традиційних антен, лазерний приймач не має металевих компонентів і не створює перешкод. Для установки потрібні тільки пари рубідію, лазери й герметичний корпус. У майбутньому систему можна буде зменшити до розмірів невеликого потовщення на оптоволокні. Усе необхідне світло проходитиме волокном, а інфрачервоний сигнал повертатиметься у зворотному напрямі.

З початку 2025 року команда доктора Парняка працює з Європейським космічним агентством над комерціалізацією лазерного приймача. Мета — розмістити квантові датчики на супутниках. Є й інші варіанти застосування технології — від малопомітних датчиків до супутникових квантових приймачів.

Нагадаємо, у 2022 році вчені розробили атомне телебачення, яке також використовує лазери й атомні хмари для передавання відеосигналу зі стандартною роздільною здатністю 480i.