Kvantový senzor. Kredit: U. S. Army.

Američtí vojenští vývojáři zalovili ve kvantové mechanice. Jejich úsilí přineslo pozoruhodný kvantový senzor, který je v mnoha ohledech převratný. Nabízí možnost detekovat komunikační signály v celé šíři spektra rádiových vln, od 0 do 100 GHz. S tradičním systémem, který by byl vybavený jednou anténou, by tak rozsáhlé pokrytí spektra přitom nebylo možné. V takovém případě je nutné zapojit více antén, zesilovačů a dalších nezbytných komponent.

V roce 2018 odborníci U. S. Army vyvinuli kvantový přijímač, který využívá k detekci komunikačních signálů vysoce excitované a extrémně citlivé Rydbergovy atomy. Jde o atomy, jejichž jeden či více elektronů mají vysoké hlavní kvantové číslo (n, anglicky principal quantum number). Čím vyšší je toto číslo, tím vyšší je i potenciální energie elektronu, který je tím méně vázaný k atomovému jádru. Výsledkem je, že takový atom je mnohem větší než obvykle.

Kvantový výzkum U. S. Army. Kredit: U. S. Army.

David Meyer z Army Research Laboratory, která pracuje v rámci U. S. Army Combat Capabilities Development Command a jeho kolegové spočítali rozsah kanálů kvantového přijímače a pak ho ověřili v laboratorních experimentech. Ukázalo se, že jejich systém je řádově lepší než dřívější podobné projekty.

Jak si Meyer pochvaluje, tyto nové senzory mohou být velmi malé a prakticky nedetekovatelné. Mohly by přinést velkou výhodu pro elektronický boj, který je v dnešní době běžnou součástí plánování a příprav pro možné budoucí operace. Senzory založené na Rydbergových atomech se objevily teprve nedávno a začalo se s nimi počítat pro elektronické aplikace.

Rydbergův detektor. Kredit: U. S. Army.

Meyerův tým analyzoval citlivost Rydbergova senzoru k oscilujícím elektrickým polím v ohromujícím rozsahu frekvencí, od 0 Hz do 10 na dvanáctou Hz. Jejich výsledky ukazují, že senzor s Rydbergovými atomy dokáže spolehlivě detekovat signály napříč celým tímto rozsahem spektra. Zároveň je v tom lepší než podobné systémy s jinou technologií, jako například elektrooptické krystaly anebo pasivní elektronika s dipólovou anténou.

Badatelé využili kvantovou mechaniku k tomu, aby přesně odhadli kalibraci a výkon nového senzoru. Zároveň se ukazuje, že jednotlivé senzory fungují zcela identicky. Podle Meyera je to důležitý výsledek pro praktické využití senzoru v terénu. Výzkum kvantového senzoru je součástí snah U. S. Army modernizovat počítačové a komunikační sítě. Vědci budou senzor nadále studovat a budou dále zlepšovat jeho citlivost a rozšiřovat protokoly detekce tak, aby si poradil i s komplikovanými signály.

Literatura

Army Research Laboratory 19. 3. 2020.

Doporučujeme:   Jiří Podolský - E=mc2 a jaderná energie Epizoda II (MFF-FJDP 5.3.2020)