Las comunicaciones inalámbricas a menudo utilizan un formato llamado cambio de fase o modulación de fase, en el que las señales se desplazan entre sí en el tiempo. En este ejemplo, la señal de comunicaciones (azul) contiene inversiones periódicas relativas a la señal de referencia (rojo). Estas inversiones son las señales que parecen orejas de gato. La información (o datos) se codifica en esta modulación. Crédito:Holloway / NIST
Investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) han demostrado un nuevo tipo de sensor que usa átomos para recibir señales de comunicaciones de uso común. Este receptor basado en átomos tiene el potencial de ser más pequeño y funcionar mejor en entornos ruidosos que los receptores de radio convencionales. entre otras posibles ventajas.
El equipo de NIST utilizó átomos de cesio para recibir bits digitales (1 y 0) en el formato de comunicaciones más común, que se utiliza en teléfonos móviles, Wi-Fi y TV vía satélite, por ejemplo. En este formato, llamado cambio de fase o modulación de fase, las señales de radio u otras ondas electromagnéticas se desplazan entre sí a lo largo del tiempo. La información (o datos) se codifica en esta modulación.
"El punto es demostrar que se pueden usar átomos para recibir señales moduladas, ", dijo el líder del proyecto Chris Holloway." El método funciona en una amplia gama de frecuencias. Las velocidades de datos aún no son las más rápidas que existen, pero hay otros beneficios aquí, como si pudiera funcionar mejor que los sistemas convencionales en entornos ruidosos ".
Como se describe en un nuevo artículo, el sensor cuántico recibió señales basadas en métodos de cambio de fase del mundo real. Se eligió una frecuencia de transmisión de 19,6 gigahercios porque era conveniente para el experimento, pero también podría usarse en futuros sistemas de comunicaciones inalámbricas, Dijo Holloway.
El equipo de NIST utilizó anteriormente la misma técnica básica para aplicaciones de imágenes y medición. Los investigadores utilizan dos láseres de colores diferentes para preparar los átomos contenidos en una celda de vapor 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.
El investigador del NIST, Chris Holloway, ajusta un espejo para alinear un rayo láser utilizado en un receptor basado en átomos para señales de comunicación moduladas digitalmente. Crédito:Burrus / NIST
En los nuevos experimentos, el equipo utilizó un mezclador basado en átomos desarrollado recientemente para convertir las señales de entrada en nuevas frecuencias. Una señal de radiofrecuencia (RF) actúa como referencia y una segunda señal de RF sirve como portadora de señal modulada. Las diferencias de frecuencia y el desplazamiento entre las dos señales se detectaron y midieron sondeando los átomos.
Si bien muchos investigadores han demostrado anteriormente que los átomos pueden recibir otros formatos de señales moduladas, el equipo del NIST fue el primero en desarrollar un mezclador basado en átomos que podía manejar el cambio de fase.
Dependiendo del esquema de codificación, el sistema basado en átomos recibió hasta aproximadamente 5 megabits de datos por segundo. Esto está cerca de la velocidad de los mayores, teléfonos móviles de tercera generación (3G).
Los investigadores también midieron la precisión del flujo de bits recibido basándose en una métrica convencional llamada magnitud del vector de error (EVM). EVM compara una fase de señal recibida con el estado ideal y, por lo tanto, mide la calidad de la modulación. El EVM en los experimentos del NIST estaba por debajo del 10 por ciento, que es decente para una primera demostración, Dijo Holloway. Esto es comparable a los sistemas implementados en el campo, añadió.
Diminutos láseres y celdas de vapor ya se utilizan en algunos dispositivos comerciales, como relojes atómicos a escala de chip, sugiriendo que podría ser factible construir equipos de comunicaciones prácticos basados en átomos.
Con un mayor desarrollo, Los receptores basados en átomos pueden ofrecer muchos beneficios sobre las tecnologías de radio convencionales, según el papel. 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 a escala micrométrica. Además, Los sistemas basados en átomos pueden ser menos susceptibles a algunos tipos de interferencia y ruido. El mezclador basado en átomos también puede medir campos eléctricos débiles con precisión.
