Ученые Национального института стандартов и технологий США (NIST) продемонстрировали возможности квантовой физики в сфере телекоммуникаций и предложили использовать «квантовое радио» там, где мобильные сети или GPS могут подвести — в городских джунглях, под водой или под землей.
Группа исследователей NIST работает в области низкочастотного магнитного радио — очень низкочастотных (ОНЧ) магнитных сигналов с цифровой модуляцией, способных проникать сквозь стены зданий, толщу воды и почвы дальше, чем обычные электромагнитные сигналы с более высокими частотами. ОНЧ-электромагнитные поля уже используются, например, для текстовой коммуникации подводных лодок, но не обладают достаточной емкостью для передачи аудио- или видеоданных. Также для передачи сообщений субмарины вынуждены сейчас сбавлять скорость и подниматься на перископную глубину (около 15-18 метров ниже поверхности).
Квантовые сенсоры обладают большей чувствительностью к магнитным полям, что позволяет увеличить зону приема сигнала, а также ширину канала до возможностей сотового телефона. Таким образом, под водой или в другой труднопроходимой для обычных электромагнитных волн местности можно будет свободно пересылать аудио- и видеоинформацию, говорит руководитель проекта Дейв Хоув.
Ученые продемонстрировали возможности обнаружения магнитного сигнала при помощи сенсоров, работающих на квантовых свойствах атомов рубидия. Технология NIST позволила менять магнитные поля атомов, чтобы модулировать частоту, точнее, горизонтальные и вертикальные положения формы сигнала. Во время испытаний сенсоры засекли более слабые сигналы, чем обычно — с силой 1 пТл — и на очень низкой частоте, ниже 1 кГц.
Для дальнейшего улучшения эффективности технологии специалисты NIST строят и тестируют квантовый магнитометр. Это устройство наподобие квантовых часов будет ловить сигналы, переключаясь между уровнями энергии атомов, а также другими их свойствами, объясняет Хоув. Ученые надеются увеличить дальность низкочастотного сигнала, усилив чувствительность сенсора, подавив шумы и повысив эффективность использования пропускной способности сенсора.