원자 기반 무선 통신

연구원들은 들어오는 무선 신호의 방향을 결정할 수 있는 원자 기반 센서를 시연했습니다. 이는 기존 기술보다 작고 시끄러운 환경에서 더 잘 작동할 수 있는 잠재적 원자 통신 시스템의 또 다른 핵심 부품입니다.

신호의 "도달 각도"를 측정하는 기능은 무작위 또는 고의적인 간섭으로부터 실제 메시지와 이미지를 분류해야 하는 레이더 및 무선 통신의 정확성을 보장하는 데 도움이 됩니다. 진정한 원자 기반 통신 시스템은 5G 이상에 도움이 될 것입니다.

두 가지 다른 색상의 레이저는 전자기장에 대한 극도의 감도와 같은 새로운 특성을 갖는 고에너지(Rydberg) 상태의 작은 유리 플라스크 또는 셀에서 기체 세슘 원자를 준비합니다. 전기장 신호의 주파수는 원자가 흡수하는 빛의 색상에 영향을 줍니다. 원자 기반 "믹서"는 입력 신호를 받아 다른 주파수로 변환합니다. 한 신호는 기준 역할을 하는 반면 두 번째 신호는 더 낮은 주파수로 변환 또는 디튜닝됩니다. 레이저는 원자를 조사하여 두 신호 사이의 주파수와 위상의 차이를 감지하고 측정합니다. 위상은 시간적으로 서로에 대한 전자기파의 위치를 ​​나타냅니다.

믹서는 원자 증기 전지 내부의 서로 다른 두 위치에서 디튠된 신호의 위상을 측정합니다. 이 두 위치의 위상차를 기반으로 연구원은 신호의 도달 방향을 계산할 수 있습니다. 접근 방식을 입증하기 위해 팀은 다양한 도달 각도에 대해 증기 전지 내부의 두 위치에서 19.18GHz 실험 신호의 위상차를 측정했습니다. 그들은 이 측정값을 시뮬레이션 및 이론적인 모델과 비교하여 새로운 방법을 검증했습니다.

일반적으로 원자 기반 센서는 매우 정확하고 보편적인 측정을 포함하여 많은 가능한 이점을 가지고 있습니다. 즉, 원자가 동일하기 때문에 모든 곳에서 동일합니다. 원자를 기반으로 한 측정 기준에는 길이와 시간에 대한 측정 기준이 포함됩니다.

추가 개발로 원자 기반 무선 수신기는 기존 기술에 비해 많은 이점을 제공할 수 있습니다. 예를 들어 원자가 자동으로 작업을 수행하기 때문에 전달을 위해 신호를 다른 주파수로 변환하는 기존 전자 장치가 필요하지 않습니다. 안테나와 수신기는 물리적으로 마이크로미터 규모로 더 작을 수 있습니다. 또한 원자 기반 시스템은 일부 유형의 간섭 및 노이즈에 덜 민감할 수 있습니다.