Investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) y colaboradores han demostrado un sensor basado en átomos que puede determinar la dirección de una señal de radio entrante, otra pieza clave para un posible sistema de comunicaciones atómicas que podría ser más pequeño y funcionar mejor en entornos ruidosos que la tecnología convencional.

Los investigadores del NIST demostraron previamente que los mismos sensores basados ​​en átomos pueden recibir señales de comunicaciones de uso común. La capacidad de medir el "ángulo de llegada" de una señal ayuda a garantizar la precisión del radar y las comunicaciones inalámbricas. que necesitan clasificar mensajes e imágenes reales de interferencias aleatorias o deliberadas.

"Este nuevo trabajo, junto con nuestro trabajo anterior sobre sensores y receptores basados ​​en átomos, nos acerca un paso más a un verdadero sistema de comunicación basado en átomos para beneficiar al 5G y más allá, ", dijo el líder del proyecto Chris Holloway.

En la configuración experimental de NIST, dos láseres de diferentes colores preparan átomos de cesio gaseosos en un pequeño matraz de vidrio, o celular, en estados de alta energía ("Rydberg"), que tienen propiedades novedosas como la extrema sensibilidad 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 las 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 ubicaciones diferentes dentro de la celda de vapor atómico. Según las diferencias de fase en estas dos ubicaciones, los investigadores pueden calcular la dirección de llegada de la señal.

Para demostrar este enfoque, El NIST 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. Los investigadores compararon estas mediciones con una simulación y un modelo teórico para validar el nuevo método. La frecuencia de transmisión seleccionada podría usarse en futuros sistemas de comunicaciones inalámbricas, Dijo Holloway.

El trabajo es parte de la investigación del NIST sobre comunicaciones avanzadas, incluyendo 5G, el estándar de quinta generación para redes celulares de banda ancha, muchos de los cuales serán mucho más rápidos y transportarán muchos más datos que las tecnologías actuales. La investigación de sensores también es parte del programa NIST on a Chip, que tiene como objetivo llevar tecnología de ciencia de medición de clase mundial desde el laboratorio a los usuarios en cualquier lugar y en cualquier momento. Los coautores son de la Universidad de Colorado Boulder y ANSYS Inc. en Boulder.

Los sensores basados ​​en átomos en general tienen muchas ventajas posibles, en particular mediciones que son a la vez muy precisas y universales, es decir, lo 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 a escala micrométrica. Además, Los sistemas basados ​​en átomos pueden ser menos susceptibles a algunos tipos de interferencia y ruido.