Comunicaciones por radio basadas en átomos

Los investigadores demostraron un sensor basado en átomos que puede determinar la dirección de una señal de radio entrante, otra parte clave para un posible sistema de comunicaciones atómicas que podría ser más pequeño y funcionar mejor en entornos ruidosos que la tecnología convencional.

La capacidad de medir el "ángulo de llegada" de una señal ayuda a garantizar la precisión de las comunicaciones inalámbricas y de radar, que deben distinguir los mensajes e imágenes reales de la interferencia aleatoria o deliberada. Un verdadero sistema de comunicación basado en átomos beneficiaría a 5G y más allá.

Dos láseres de diferentes colores preparan átomos de cesio gaseoso en un pequeño matraz de vidrio, o celda, en estados de alta energía (Rydberg) que tienen propiedades novedosas, como una sensibilidad extrema a los campos electromagnéticos. La frecuencia de una señal de campo eléctrico afecta los colores de la luz absorbida por los átomos. Un "mezclador" basado en átomos toma señales de entrada y las convierte en diferentes frecuencias. Una señal actúa como referencia mientras que una segunda señal se convierte o desafina a una frecuencia más baja. Los láseres sondean los átomos para detectar y medir las diferencias de frecuencia y fase entre las dos señales. La fase se refiere a la posición de las ondas electromagnéticas entre sí en el tiempo.

El mezclador mide la fase de la señal desafinada en dos lugares diferentes dentro de la celda de vapor atómico. Según las diferencias de fase en estos dos lugares, los investigadores pueden calcular la dirección de llegada de la señal. Para demostrar el enfoque, el equipo midió las diferencias de fase de una señal experimental de 19,18 gigahercios en dos ubicaciones dentro de la celda de vapor para varios ángulos de llegada. Compararon estas medidas tanto con una simulación como con un modelo teórico para validar el nuevo método.

Los sensores basados ​​en átomos en general tienen muchas ventajas posibles, incluidas mediciones que son altamente precisas y universales; es decir, el mismo en todas partes porque los átomos son idénticos. Los estándares de medición basados ​​en átomos incluyen los de longitud y tiempo.

Con un mayor desarrollo, los receptores de radio basados ​​en átomos pueden ofrecer muchos beneficios sobre las tecnologías convencionales. Por ejemplo, no hay necesidad de dispositivos electrónicos tradicionales que conviertan señales a diferentes frecuencias para su entrega porque los átomos hacen el trabajo automáticamente. Las antenas y los receptores pueden ser físicamente más pequeños, con dimensiones de escala micrométrica. Además, los sistemas basados ​​en átomos pueden ser menos susceptibles a algunos tipos de interferencia y ruido.