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#Produkttrends
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Armee-Wissenschaftler schaffen innovativen Quantensensor
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Der atomare Sensor von Rydberg deckt das RF-Spektrum von 0 bis 100 GHz ab.
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Ein Quantensensor könnte Soldaten eine Möglichkeit bieten, Kommunikationssignale über das gesamte Funkfrequenzspektrum von 0 bis 100 GHz zu erkennen, sagten Forscher der Armee.
Eine derart breite spektrale Abdeckung durch eine einzige Antenne ist mit einem herkömmlichen Empfängersystem nicht möglich und würde mehrere Systeme mit Einzelantennen, Verstärkern und anderen Komponenten erfordern.
Im Jahr 2018 waren die Wissenschaftler der Armee die ersten der Welt, die einen Quantenempfänger entwickelten, der hoch angeregte, superempfindliche Atome - bekannt als Rydberg-Atome - verwendet, um Kommunikationssignale aufzuspüren, sagte David Meyer, ein Wissenschaftler des Army Research Laboratory des U.S. Army Combat Capabilities Development Command. Die Forscher berechneten die Kanalkapazität des Empfängers oder die Datenübertragungsrate auf der Grundlage grundlegender Prinzipien und erreichten diese Leistung dann experimentell in ihrem Labor - und verbesserten die Ergebnisse anderer Gruppen um Größenordnungen, sagte Meyer.
"Diese neuen Sensoren können sehr klein und praktisch unauffindbar sein, was den Soldaten einen störenden Vorteil verschafft", sagte Meyer. "Auf Rydberg-Atomen basierende Sensoren wurden erst kürzlich für allgemeine Anwendungen zur Erfassung elektrischer Felder in Betracht gezogen, auch als Kommunikationsempfänger. Obwohl Rydberg-Atome bekanntermaßen sehr empfindlich sind, ist eine quantitative Beschreibung der Empfindlichkeit über den gesamten Einsatzbereich noch nie erfolgt
Um mögliche Anwendungen zu beurteilen, führten Wissenschaftler der Armee eine Analyse der Empfindlichkeit des Rydberg-Sensors für oszillierende elektrische Felder über einen enormen Frequenzbereich - von 0 bis 1012 Hertz - durch. Die Ergebnisse zeigen, dass der Rydberg-Sensor Signale über das gesamte Spektrum zuverlässig erfassen und mit anderen etablierten Technologien für elektrische Felder, wie elektro-optische Kristalle und dipolantennengekoppelte passive Elektronik, verglichen werden können (siehe Abbildung).
"Die Quantenmechanik erlaubt es uns, die Sensorkalibrierung und die ultimative Leistung in einem sehr hohen Grad zu kennen, und sie ist für jeden Sensor identisch", sagte Meyer. "Dieses Ergebnis ist ein wichtiger Schritt, um festzustellen, wie dieses System im Feld eingesetzt werden könnte Diese Arbeit unterstützt die Modernisierungsprioritäten der Armee in Computernetzwerken der nächsten Generation und die Sicherung der Position, Navigation und Zeitplanung, da sie möglicherweise neue Kommunikationskonzepte oder Ansätze zur Erkennung von HF-Signalen für die Geolokalisierung beeinflussen könnte.
In Zukunft werden die Wissenschaftler der Armee Methoden zur weiteren Verbesserung der Empfindlichkeit zur Erkennung noch schwächerer Signale und zur Erweiterung der Erkennungsprotokolle für kompliziertere Wellenformen untersuchen.
Das Journal of Physics B veröffentlichte die Forschungsarbeit "Assessment of Rydberg atoms for wideband electrical field sensing" in seiner Sonderausgabe über wechselwirkende Rydberg-Atome. Die Armee-Wissenschaftler David H. Meyer, Kevin C. Cox und Paul D. Kunz leiteten diese Forschung zusammen mit Zachary A. Castillo von der University of Maryland. Diese Arbeit wurde von der Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) unterstützt.
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