Przełomu dokonali naukowcy z Dowództwa Rozwoju Zdolności Bojowych Armii USA, znanego jako Army Research Laboratory. Nowy czujnik może mierzyć pełny, trójwymiarowy kierunek pól elektromagnetycznych o częstotliwości radiowej. Według naukowców czujnik może poprawić świadomość sytuacyjną, wzmocnić bezpieczną komunikację i pomóc żołnierzom podejmować szybsze i bardziej świadome decyzje w złożonych warunkach pola walki.
Widzieć niewidzialne. Jak działa czujnik kwantowy
– Nasza praca w dziedzinie nauk kwantowych polega na zapewnieniu żołnierzom nowych sposobów odczuwania i rozumienia otaczającego ich świata – powiedział David Meyer, fizyk badawczy w ARL. – Te badania otwierają drogę do wykrywania i precyzyjnego namierzania sygnałów w szerokim zakresie częstotliwości w jednym pakiecie czujników, nawet w najtrudniejszych warunkach – dodał.
Czytaj więcej
Rosnąca moc sztucznej inteligencji i rozwój komputerów kwantowych zmuszają firmy do szukania nowych metod ochrony danych. Western Digital zaprezent...
Nowy czujnik opiera się na atomach Rydberga, czyli atomach umieszczonych w stanie silnie wzbudzonym, co czyni je niezwykle wrażliwymi na pola elektryczne. Naukowcy opisali, w jaki sposób urządzenie może określić nie tylko natężenie pola elektromagnetycznego, ale także orientację polaryzacji 3D i kierunek propagacji, znany jako wektor k. Według ARL jest to pierwszy raz, kiedy taki pomiar został wykonany przy użyciu czujnika kwantowego.
Tradycyjne czujniki zazwyczaj mierzą natężenie pola elektromagnetycznego tylko w jednym kierunku naraz. Opracowany przez ARL czujnik kwantowy może jednak „widzieć” zarówno kierunek, jak i ruch pola elektromagnetycznego, zapewniając pełny obraz 3D.
Pomimo że ma zaledwie kilka centymetrów średnicy, czujnik może określić kierunek nadchodzących sygnałów z dokładnością około dwóch stopni. Może to uczynić go wysoce elastyczną platformą do wykrywania i lokalizowania sygnałów radiowych w środowiskach o dużym natężeniu ruchu. W przeciwieństwie do konwencjonalnych anten, które często muszą mieć rozmiar fizyczny porównywalny z wykrywanymi sygnałami i zazwyczaj są ograniczone do wąskich zakresów częstotliwości, czujnik ARL jest niezależny od wielkości sygnału. Może również działać w całym spektrum częstotliwości radiowych. Ta możliwość wynika z szerokopasmowej natury atomów Rydberga, które mogą działać w zakresie od prądu stałego do częstotliwości terahercowych.
Nowa przewaga na współczesnym polu walki
Wciąż pojawiają się nowe zastosowania dla technologii kwantowej, dotąd wykorzystywanej głównie podczas prac w laboratoriach. Pojawiają się też nowe obawy. Jak ostrzegła brytyjska agencja ds. cyberbezpieczeństwa hakerzy mogą wykorzystać ogromne moce obliczeniowe, przed którymi nie ochronią obecne systemy.
Sektor obronny wydaje się tego świadomy, stąd inwestuje we własne badania. Autorzy amerykańskiego opracowania wskazują, że wraz z rozprzestrzenianiem się systemów autonomicznych mogą istnieć setki odrębnych źródeł sygnału. Posiadanie jednej platformy czujnikowej, która obejmuje całe spektrum częstotliwości radiowych i może mierzyć trójwymiarowy kierunek tych pól, stanowi potencjalnie przełomową możliwość, szczególnie w zakresie świadomości widmowej.
Czujnik działa, wykorzystując maleńką szklaną komórkę wypełnioną parami atomów rubidu. Naukowcy przepuszczają przez komórkę promienie lasera, aby wprowadzić atomy w stany Rydberga. Gdy fala radiowa przechodzi przez komórkę, atomy reagują w sposób, który ujawnia siłę, kierunek i ruch pola w trzech wymiarach.
Najnowsze prace bazują na wcześniejszym opracowaniu elektrometru Rydberga przez ARL. W 2024 r. zespół zademonstrował swoją zdolność do pomiaru polaryzacji pola o częstotliwości radiowej i dekodowania informacji zakodowanej w tej polaryzacji.
Badania zostały opublikowane w artykule zatytułowanym „Physical Review Applied”.
