Zespół badaczy z Wydziału Fizyki oraz Centrum Optycznych Technologii Kwantowych Uniwersytetu Warszawskiego (centrum doskonałości MAB) stworzył całkowicie optyczny odbiornik radiowy. Wyniki prac badawczych opublikowano właśnie w prestiżowym czasopiśmie Nature Communications. Badania były współfinansowane przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej ze środków pochodzących z programu Fundusze Europejskie dla Nowoczesnej Gospodarki w ramach działania Międzynarodowe Agendy Badawcze.
Prototyp nowej anteny kwantowej to efekt prac zespołu badawczego kierowanego przez dr. hab. Michała Parniaka, w skład którego wchodzą również dr hab. Wojciech Wasilewski, dr Mateusz Mazalanik i Sebastian Borówka.
Najnowszy wynalazek stwarza kolejne możliwości w rozwoju kwantowych sensorów pola radiowego. Pozwala wykrywać niezwykle słabe mikrofale bez zakłócania ich metalowymi elementami. Takie czujniki mogą być też bardzo dyskretne i trudniejsze do wykrycia przez inne urządzenia. Technologia ta ma również duży potencjał miniaturyzacji. Zainteresowanie nią wykazują już instytucje międzynarodowe – od agencji standaryzacji pomiarów, przez wojsko, aż po agencje kosmiczne, które planują wykorzystanie takich sensorów w satelitach.
Punkt wyjścia, czyli jak wygląda transfer informacji cyfrowych
Fale radiowe przenoszą ogromne ilości informacji cyfrowych. To dzięki nim działają m.in. radio, Wi-Fi czy sieci komórkowe. Zwykłe anteny, wykonane z metalu, odbierają te fale, zamieniając ich energię na sygnał elektryczny. Aby odczytać te informacje, współczesna elektronika „spowalnia” drgania fal – z miliardów do milionów razy na sekundę – i analizuje ich kształt. Dzięki czemu można poznać amplitudę (siłę) i fazę (moment drgań) sygnału.
Sztuczna zorza polarna – jak działa nowa antena
Zespół dr. hab. Michała Parniaka zastąpił metalową antenę chmurą atomów rubidu. Jak to zrobił? W szklanej komórce próżniowej umieścił pojedyncze atomy rubidu, którymi steruje się za pomocą trzech laserów. Te z kolei przenoszą elektrony rubidu na bardzo odległe orbity (tzw. stany rydbergowskie), gdzie stają się wyjątkowo wrażliwe na mikrofale radiowe. Gdy takie mikrofale oddziałują z elektronem, jego ruch się zmienia, a przy powrocie na niższą orbitę atom emituje światło podczerwone.
Światło to przenosi informację o fazie mikrofal, dzięki czemu można je dokładnie zmierzyć bez użycia elektroniki. Zjawisko to przypomina sztuczną zorzę polarną, w której mikrofale pobudzają atomy do świecenia.
Nowe możliwości sensorów kwantowych
Szybko postępujący rozwój technologiczny przyciąga uwagę zagranicznych, które w przyszłości chcą umieszczać sensory rydbergowskie na satelitach. Od początku 2025 roku zespół dr. hab. Michała Parniaka pracuje również nad wprowadzeniem tej technologii na rynek w projekcie realizowanym dla Europejskiej Agencji Kosmicznej.
Finansowanie badań
Projekt "Optyczne Technologie Kwantowe" (FENG.02.01-IP.05-0017/23) jest realizowany w ramach działania 2.1 Międzynarodowe Agendy Badawcze Fundacji na rzecz Nauki Polskiej współfinansowanego przez Unię Europejską ze środków 2. Priorytetu Programu Fundusze Europejskie dla Nowoczesnej Gospodarki 2021–2027 (FENG).
Więcej o badaniach w informacji prasowej.
