Μια ομάδα φυσικών από το University of Warsaw παρουσίασε μια ανατρεπτική εφεύρεση: ένα πλήρως οπτικό ραδιόφωνο που μπορεί να λαμβάνει και να αποκωδικοποιεί σήματα χωρίς να χρειάζεται ηλεκτρική ενέργεια ή μεταλλική κεραία. Η συσκευή, που δημιουργήθηκε από την ερευνητική ομάδα του Michał Parniak στη Σχολή Φυσικής και στο Center for Quantum Optical Technologies, χρησιμοποιεί άτομα ρουβιδίου σε λεγόμενες καταστάσεις Rydberg για να μετατρέπει τα ραδιοκύματα σε φως.
Η ιδέα πίσω από την εφεύρεση είναι τόσο απλή όσο και ριζοσπαστική: να αντικατασταθεί ολόκληρο το ηλεκτρονικό κύκλωμα ενός κλασικού ραδιοφώνου με ένα σύστημα από εξαιρετικά σταθερές δέσμες laser. Μέσα σε ένα μικρό γυάλινο δοχείο γεμάτο με αέριο ρουβιδίου, τρεις δέσμες laser κατευθύνονται με ακρίβεια στα άτομα του αερίου. Όταν τα laser τα «χτυπούν», τα ηλεκτρόνια τους μεταπηδούν σε υψηλότερες τροχιές (τις λεγόμενες καταστάσεις Rydberg) όπου γίνονται εξαιρετικά ευαίσθητα στα εξωτερικά ηλεκτρομαγνητικά πεδία.
Κάπου εκεί αρχίζει η «κβαντική μαγεία». Όταν ένα ραδιοκύμα περάσει από το γυάλινο δοχείο, επηρεάζει ανεπαίσθητα την κίνηση αυτών των διεγερμένων ηλεκτρονίων. Καθώς τα ηλεκτρόνια επιστρέφουν στην αρχική τους κατάσταση, εκπέμπουν ένα πολύ αδύναμο φως. Αυτό το φωτεινό σήμα, το οποίο συλλέγεται από έναν οπτικό ανιχνευτή, περιέχει μέσα του όλες τις πληροφορίες του αρχικού ραδιοκύματος. Με απλά λόγια, το ραδιοκύμα μετατρέπεται σε φως, και από εκεί, σε δεδομένα.
Για να διασφαλιστεί η ακρίβεια αυτής της ευαίσθητης διαδικασίας, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν οπτικές κοιλότητες — σωληνοειδείς καθρέφτες που σταθεροποιούν τη συχνότητα των laser, παρόμοια με τον τρόπο που ένα εκκλησιαστικό όργανο διατηρεί έναν καθαρό μουσικό τόνο. Το αποτέλεσμα είναι ένα σύστημα ικανό να μετρά με ακραία ακρίβεια τόσο την ένταση όσο και τη φάση ενός ραδιοφωνικού σήματος, χωρίς να επηρεάζει καθόλου το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο που παρατηρεί.
Στην πράξη, η Quantum Radio Antenna λειτουργεί σαν ένα «αόρατο» και αυτορρυθμιζόμενο ραδιόφωνο, ένα σύστημα που «ακούει» χωρίς να παρεμβαίνει. Επειδή δεν περιέχει μέταλλο ή ηλεκτρικά κυκλώματα, μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε περιβάλλοντα όπου τα αγώγιμα υλικά αλλοιώνουν τις μετρήσεις, όπως σε πειράματα θεμελιώδους φυσικής ή σε δορυφορικά συστήματα όπου απαιτείται απόλυτη καθαρότητα σήματος.
Η προοπτική της τεχνολογίας αυτής δεν περιορίζεται όμως στο εργαστήριο. Οι επιστήμονες εκτιμούν ότι στο μέλλον το σύστημα θα μπορούσε να μικρύνει τόσο ώστε να χωρά μέσα σε μια οπτική ίνα. Σε αυτό το σενάριο, η φωτεινή δέσμη θα ταξιδεύει προς μια κατεύθυνση για να «ακούει» το σήμα και θα επιστρέφει μεταφέροντας τις πληροφορίες πίσω στον δέκτη. Έτσι, θα είναι δυνατή η ασύρματη ανίχνευση ραδιοκυμάτων σε αποστάσεις αρκετών μέτρων χωρίς να χρειάζεται κανενός είδους ηλεκτρική σύνδεση.
Η ερευνητική ομάδα βλέπει ήδη τις πρώτες πρακτικές εφαρμογές της συσκευής στο διάστημα. Με την υποστήριξη τιυ Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος (ESA), η Quantum Radio Antenna βρίσκεται σε φάση εμπορικής ανάπτυξης, με στόχο να ενσωματωθεί σε δορυφόρους για ακριβείς μετρήσεις ηλεκτρομαγνητικών πεδίων. Το γεγονός ότι δεν δημιουργεί καμία ηλεκτρονική παρεμβολή το καθιστά ιδανικό για περιβάλλοντα όπου ακόμη και η παραμικρή ηλεκτρική δραστηριότητα θα μπορούσε να αλλοιώσει τα δεδομένα.
Τα αποτελέσματα της έρευνας δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Nature Communications και αποτελούν μέρος του ευρωπαϊκού προγράμματος SONATA17 και της πρωτοβουλίας Quantum Optical Technologies. Οι δύο αυτές πλατφόρμες στοχεύουν να φέρουν τις τεχνολογίες της κβαντικής οπτικής πιο κοντά σε πρακτικές εφαρμογές, από την τηλεπικοινωνία μέχρι την παρακολούθηση του διαστήματος.
Πέρα από την επιστημονική της αξία, η Quantum Radio Antenna λειτουργεί και ως μια προεπισκόπηση του πώς μπορεί να εξελιχθεί η επικοινωνία στο μέλλον. Αντί να βασίζεται στην ηλεκτρονική αγωγιμότητα και στα καλώδια, θα μπορούσε να αξιοποιεί αποκλειστικά τη συμπεριφορά των φωτονίων και των κβαντικών καταστάσεων της ύλης. Ένα μέσο μετάδοσης που όχι μόνο καταναλώνει ελάχιστη ενέργεια, αλλά και προστατεύει από παρεμβολές, κάτι ανεκτίμητο σε έναν κόσμο όπου τα ηλεκτρομαγνητικά σήματα πληθαίνουν καθημερινά.
[source]
