Comunicações de rádio baseadas em átomos

Os pesquisadores demonstraram um sensor baseado em átomos que pode determinar a direção de um sinal de rádio recebido, outra parte fundamental para um potencial sistema de comunicação atômica que pode ser menor e funcionar melhor em ambientes ruidosos do que a tecnologia convencional.

A capacidade de medir o “ângulo de chegada” de um sinal ajuda a garantir a precisão das comunicações de radar e sem fio, que precisam separar mensagens e imagens reais de interferências aleatórias ou deliberadas. Um verdadeiro sistema de comunicação baseado em átomos beneficiaria o 5G e além.

Dois lasers de cores diferentes preparam átomos de césio gasosos em um minúsculo frasco de vidro, ou célula, em estados de alta energia (Rydberg) que possuem novas propriedades, como extrema sensibilidade a campos eletromagnéticos. A frequência de um sinal de campo elétrico afeta as cores da luz absorvida pelos átomos. Um “mixer” baseado em átomos pega os sinais de entrada e os converte em diferentes frequências. Um sinal atua como referência enquanto um segundo sinal é convertido ou dessintonizado para uma frequência mais baixa. Lasers sondam os átomos para detectar e medir diferenças de frequência e fase entre os dois sinais. Fase refere-se à posição das ondas eletromagnéticas em relação umas às outras no tempo.

O misturador mede a fase do sinal desafinado em dois locais diferentes dentro da célula de vapor atômico. Com base nas diferenças de fase nesses dois locais, os pesquisadores podem calcular a direção de chegada do sinal. Para demonstrar a abordagem, a equipe mediu as diferenças de fase de um sinal experimental de 19,18 Gigahertz em dois locais dentro da célula de vapor para vários ângulos de chegada. Eles compararam essas medidas com uma simulação e um modelo teórico para validar o novo método.

Sensores baseados em átomos em geral têm muitas vantagens possíveis, incluindo medições que são altamente precisas e universais; isto é, o mesmo em todos os lugares porque os átomos são idênticos. Padrões de medição baseados em átomos incluem aqueles para comprimento e tempo.

Com um maior desenvolvimento, os receptores de rádio baseados em átomos podem oferecer muitos benefícios em relação às tecnologias convencionais. Por exemplo, não há necessidade de eletrônicos tradicionais que convertem sinais em diferentes frequências para entrega porque os átomos fazem o trabalho automaticamente. As antenas e receptores podem ser fisicamente menores, com dimensões em escala micrométrica. Além disso, os sistemas baseados em átomos podem ser menos suscetíveis a alguns tipos de interferência e ruído.