Sensor de Rádio Baseado em Átomos Revela Direção do Sinal para Comunicações Mais Limpas

Pesquisadores demonstraram um sensor baseado em átomos que pode determinar a direção de um sinal de rádio incidente, outra parte chave para um potencial sistema de comunicações atômico que poderia 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 de radar e comunicações sem fio, que precisam separar mensagens e imagens reais de interferência aleatória ou deliberada. 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 têm propriedades novas, como sensibilidade extrema a campos eletromagnéticos. A frequência de um sinal de campo elétrico afeta as cores de luz absorvidas pelos átomos. Um "misturador" baseado em átomos recebe sinais de entrada e os converte em diferentes frequências. Um sinal atua como referência enquanto um segundo sinal é convertido ou desafinado 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 de ondas eletromagnéticas relativas 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 nestes dois locais, os pesquisadores podem calcular a direção de chegada do sinal. Para demonstrar a abordagem, a equipe mediu diferenças de fase de um sinal experimental de 19,18 GHz em dois locais dentro da célula de vapor para vários ângulos de chegada. Eles compararam essas medições tanto a uma simulação quanto a um modelo teórico para validar o novo método.

Sensores baseados em átomos em geral têm muitas vantagens possíveis, incluindo medições que são tanto altamente precisas quanto universais; ou seja, as mesmas em todo lugar porque os átomos são idênticos. Padrões de medição baseados em átomos incluem aqueles para comprimento e tempo.

Com desenvolvimento adicional, receptores de rádio baseados em átomos podem oferecer muitos benefícios sobre tecnologias convencionais. Por exemplo, não há necessidade de eletrônica tradicional que converte sinais para diferentes frequências para entrega porque os átomos fazem o trabalho automaticamente. As antenas e receptores podem ser fisicamente menores, com dimensões em escala de micrômetros. Além disso, sistemas baseados em átomos podem ser menos suscetíveis a alguns tipos de interferência e ruído.