Next level împotriva bruiajului. Performanță majoră a SUA: Prima comunicație radio cu rază lungă de acțiune din lume cu echipamente cuantice

Demonstrația a avut loc în timpul recentului eveniment NetModX găzduit de Centrul de comandă, control, comunicații, calculatoare, cibernetică, informații, supraveghere și recunoaștere (C5ISR) al US Army, în cadrul căruia se desfășoară experimente pe teren.

„ARx [receptorul de antenă atomică] a demonstrat recepția semnalului radio și a permis realizarea comunicației radio la o distanță de peste 1 kilometru. Aceasta nu este nici o limită practică, nici una fundamentală. Este prima demonstrație a tehnologiei în transmisiile de semnal pe distanță lungă”, a declarat directorul executiv al Rydberg Technologies, Dave Anderson.

Un astfel de receptor ar putea fi utilizat și în alte scopuri, precum cel de a detecta o varietate mai mare de frecvențe decât o poate face în prezent un echipament cu antenă convențională, fiind și mai puțin sensibil la perturbațiile electromagnetice.

Aceasta este o preocupare militară cheie a armatei americane, întrucât Pentagonul privește către un viitor în care se poate confrunta cu adversari ce dețin capabilități de război electronic extrem de eficiente.

Un senzor cuantic le-ar putea permite trupelor să detecteze drone, altfel greu de descoperit, sau militari care transportă echipamente de comunicații de înaltă tehnologie, inclusiv echipamente de criptare, deși nu va decripta conținutul comunicației în sine.

De asemenea, ar putea ajuta trupele să găsească benzile libere de frecvențe din spectrul electromagnetic disponibil, pentru a le aloca nevoilor tot mai mari de comunicații între drone, avioane, nave, sateliți și militari chiar și în medii cu interferențe electromagnetice puternice.

„Sunt  multe de făcut pentru a miniaturiza și a consolida în continuare aceste sisteme pentru o implementare largă. Următorii pași pentru cercetare și experimentare includ exploatarea aprofundată a capacităților fundamentale ale atomilor și luminii. Suntem încă departe de limitele cuantice fundamentale”, a declarat Anderson.

Aspecte tehnice

Un senzor cuantic este un sistem de recepție echipat cu o antenă mult mai sensibilă la modificările foarte mici ale câmpurilor electromagnetice, decât una obișnuită, și care utilizează foarte puțină energie.

Obținerea acestui nivel ridicat de sensibilitate a fost posibilă prin utilizarea așa-numiților atomi Rydberg, care sunt atomi cu electroni cu un grad ridicat de excitație, respectiv un număr cuantic principal (n) ridicat. Nivelul mare de excitare se obține de obicei prin absorbția unui foton cu energie corespunzătoare.

Cu cât este mai mare “n”, cu atât nivelul de energie este mai mare și electronul este situat mai departe de nucleu. Această distanță le oferă atomilor un răspuns foarte rapid la schimbările subtile ale câmpurilor electromagnetice. Acest răspuns, la rândul său, poate fi valorificat pentru detectarea undelor radio, cu mult peste ceea ce poate fi obținut cu o antenă obișnuită.

În afară de numărul cuantic principal (n), alte numere cuantice relevante pentru atomii Rydberg includ Numărul cuantic secundar (l -indică momentul orbital al electronului excitat), Numărul cuantic magnetic (m - indică momentului orbital într-o anumită direcție spațială) și Numărul cuantic al spinului (s - descrie spinul electronului).

Aceste proprietăți ale atomilor Rydberg exprimate în numere care permit manipularea și controlul precis al interacțiunilor cuantice sunt deja utilizate în diverse aplicații în domeniul calculului cuantic.

Odată cu perfecționarea tehnologiei de exploatare a acestora, va deveni posibil ca receptoarele cuantice performante să fie echipate cu calculatoare cuantice în măsură să decripteze în câteva secunde codurile comunicațiilor criptate a căror “spargere” ar dura zeci de ani cu cea mai performantă tehnologie actuală.