تیمی از فیزیکدانان دانشگاه ورشو اولین گیرنده رادیویی تمام نوری جهان را ساختهاند که کاملاً با نور لیزر تغذیه میشود. این دستگاه که توسط محققان دانشکده فیزیک و مرکز فناوریهای نوری کوانتومی توسعه یافته است، از اتمهای ریدبرگ برای شناسایی و رمزگشایی امواج رادیویی بدون تکیه بر آنتنهای فلزی یا مدارهای الکتریکی استفاده میکند.
یافتههای آنها جهشی بزرگ در حسگری کوانتومی است. این گیرنده میتواند خود را کالیبره کند، سیگنالهای ضعیف را با دقت بالا تشخیص دهد و به صورت نامرئی عمل کند، همه اینها با استفاده از پرتوهای نور انجام میشود. این پروژه که توسط دکتر میشال پارنیاک رهبری میشود، تحت قرارداد آژانس فضایی اروپا نیز در حال تجاریسازی است.
قدیمی و مدرن
آنتنهای فلزی معمولاً برای دریافت سیگنالهای ارسالی استفاده میشوند که انرژی امواج ورودی را به گیرنده هدایت میکنند. جذب انرژی، اندازهگیری الکترونیکی دامنه و فاز امواج را امکانپذیر میسازد. امروزه، این اندازهگیری با تبدیل (ترکیب) فرکانسها انجام میشود.
در ارتباطات مدرن، امواج رادیویی بیشتر اطلاعات دیجیتال جهان را حمل میکنند. گیرندههای سنتی برای دریافت این سیگنالها به آنتنهای فلزی و میکسرهای الکتریکی متکی هستند. تیم ورشو کل این مجموعه را با اتمهای روبیدیوم معلق در یک سلول شیشهای و روشن شده توسط سه لیزر فوق پایدار جایگزین کرد.
همانطور که دکتر میشال پارنیاک توضیح داد: “در آزمایشهایمان، آنتن و میکسر الکترونیکی را با یک واسطه جدید (نوعی شفق قطبی مصنوعی) جایگزین کردیم.”
هر پرتو لیزر دقیقاً با سطوح انرژی کوانتومی اتمهای روبیدیوم مطابقت دارد. الکترونها با ورود به مدارهای پرانرژی که به عنوان حالتهای ریدبرگ شناخته میشوند، پاسخ میدهند. وقتی امواج رادیویی از سلول عبور میکنند، این حرکت اتمی را کمی تغییر میدهند.
سپس الکترونها به مدارهای پایینتر برمیگردند و نور مادون قرمز ضعیفی را منتشر میکنند که سیگنال رمزگذاری شده را حمل میکند. این تیم همچنین با نگه داشتن لیزرها و اتمها در ریتم کامل، یک چالش فنی بزرگ را حل کرد. آنها از حفرههای نوری، لولههای خلاء با روکش آینهای که فرکانس نور را تثبیت میکنند، استفاده کردند، شبیه به نحوهای که یک لوله ارگ یک نت موسیقی را نگه میدارد.
این سیستم حرکت الکترونها را ثابت نگه میدارد و امکان تشخیص دقیق دامنه و فاز سیگنال را فراهم میکند.
تشخیص نامرئی و غیرتهاجمی
برخلاف آنتنهای سنتی، گیرنده لیزری هیچ قطعه فلزی ندارد و در میدان رادیویی که اندازهگیری میکند، تداخل ایجاد نمیکند.
این سیستم فقط به بخار روبیدیوم، لیزر و یک محفظه مهر و موم شده نیاز دارد. در آینده، این سیستم میتواند به یک برآمدگی کوچک روی یک فیبر نوری تبدیل شود. تمام نور لازم میتواند از طریق فیبر عبور کند، در حالی که سیگنال مادون قرمز در جهت مخالف بازمیگردد.
سپس اندازهگیریها میتوانند چندین متر دورتر از منبع سیگنال انجام شوند و امکان تشخیص محتاطانه و غیرتهاجمی را فراهم کنند. این سطح از دقت میتواند نحوه کالیبراسیون میدانهای مایکروویو را متحول کند. همچنین ممکن است دری به سوی کاربردهای جدید، از حسگرهای مخفی گرفته تا گیرندههای کوانتومی مبتنی بر ماهواره، باز کند.
فناوری کوانتومی به فضا میرود
محققان ورشو سالهاست که روشهای تشخیص مایکروویو مبتنی بر ریدبرگ را اصلاح میکنند. فناوری آنها به دلیل خودکالیبراسیون، حساسیت بالا و پتانسیل کوچکسازی خود برجسته است. این ویژگیها توجه مؤسسات بینالمللی مترولوژی، سازمانهای دفاعی و آژانسهای فضایی را به خود جلب کرده است.
از اوایل سال 2025، تیم دکتر پارنیاک با آژانس فضایی اروپا برای تجاریسازی گیرنده لیزری همکاری میکند. هدف، استقرار حسگرهای کوانتومی در ماهوارهها برای اندازهگیریهای میدانی دقیق است. این تحقیق بخشی از پروژه SONATA17 لهستان و برنامه فناوریهای نوری کوانتومی است که توسط اتحادیه اروپا تأمین مالی میشود.
این تلاشها در کنار هم، عصر جدیدی را رقم میزنند که در آن ارتباطات رادیویی، که زمانی با فلز و الکتریسیته تعریف میشد، ممکن است به زودی کاملاً توسط نور تأمین شود.