Учените от американската армия представиха нов квантов сензор, способен да измерва пълната 3D ориентация на радиочестотните електромагнитни полета – постижение, което може да промени из основи начина, по който се откриват сигналите на бойното поле. Пробивът беше постигнат от учени от Командването за развитие на бойните способности на американската армия (известно като DEVCOM), Армейската изследователска лаборатория (ARL).

Според изследователите сензорът може да подобри ситуационната осведоменост, да укрепи сигурността на комуникациите и да помогне на войниците да вземат по-бързи и по-информирани решения в сложни условия на бойното поле.

„Нашата работа в квантовата наука има за цел да предостави на нашите войници нови начини да възприемат и разбират света около себе си. Това изследване отваря вратата към откриването и локализирането на сигнали в широк честотен диапазон с един-единствен сензорен пакет, дори и в най-трудните условия.“

заяви Дейвид Майер, изследовател-физик в ARL

Измерване на радиовълни в 3D

Новият сензор се основава на атоми на Ридберг – атоми, поставени в силно възбудено състояние, което ги прави изключително чувствителни към електрически полета. Изследователите описаха как устройството може да определи не само силата на електромагнитното поле, но и 3D ориентацията на поляризацията и посоката на разпространение, известна като k-вектор. Според ARL това е първият път, когато такова измерване е постигнато с помощта на квантов сензор.

Традиционните сензори обикновено измерват силата на електромагнитното поле само в една посока едновременно. Разработеният от ARL квантов сензор обаче може да „вижда“ както посоката, така и движението на електромагнитното поле, като предоставя пълна триизмерна картина. Въпреки че диаметърът му е само няколко сантиметра, сензорът може да определя посоката на входящите сигнали с точност от около два градуса. Това би го превърнало в изключително гъвкава платформа за откриване и локализиране на радиочестотни сигнали в обстрелвани зони.

За разлика от конвенционалните антени, които често трябва да бъдат физически съпоставими по размер със сигналите, които откриват и обикновено са ограничени до тесни честотни диапазони, сензорът на ARL е независим от размера на сигнала. Той може също да работи в целия радиочестотен спектър. Тази способност произтича от широколентовия характер на атомите на Ридберг, които могат да работят от постоянен ток до терахерцови честоти.

„Съвременното бойно поле е изключително сложна радиочестотна среда. С разпространението на автономните системи може да има стотици различни източници на сигнали. Наличието на единна сензорна платформа, която обхваща целия радиочестотен спектър и може да измерва 3D посоката на тези полета, представлява потенциално трансформираща способност, особено по отношение на осведомеността за спектъра.“

каза Майер

Сензорът работи чрез използването на миниатюрна стъклена клетка, пълна с пари от атоми на рубидий. Изследователите насочват лазерни лъчи през клетката, за да преведат атомите в състояния на Ридберг. Когато през нея премине радиовълна, атомите реагират по начин, който разкрива силата, посоката и движението на полето в три измерения.