Naukowcy z Uniwersytetu Warszawskiego stworzyli nowy typ odbiornika kwantowego. Technologia ma duży potencjał zastosowania w przemyśle kosmicznym i obronności

Polscy badacze z Centrum Optycznych Technologii Kwantowych (QOT) przy Centrum Nowych Technologii CeNT oraz z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego opracowali nowy rodzaj kwantowej anteny radiowej. To kamień milowy w rozwoju sensorów kwantowych, które mogą się okazać bardzo czułe, odporne na ekstremalne warunki i trudne do wykrycia przez inne urządzenia. Dlatego mogą stanowić przyszłość w telekomunikacji czy przemyśle kosmicznym.

Centrum Optycznych Technologii Kwantowych (QOT) realizuje projekty dzięki środkom w wysokości 30 mln zł z programu Fundusze Europejskie dla Nowoczesnej Gospodarki przyznanym przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej w ramach działania Międzynarodowe Agendy Badawcze. Celem tego centrum doskonałości jest rozwój optycznych technologii, które mogą pomóc w opracowaniu metod bezpiecznej komunikacji. 

Najnowszy sukces ośrodka to opracowanie nowej anteny kwantowej. W zbudowanym przez polskich badaczy odbiorniku tradycyjna metalowa antena przeznaczona do odbierania fal radiowych, która zmienia ich energię na sygnał elektryczny, została zastąpiona specjalnie powiększonymi za pomocą laserów atomami, tzw. atomami rydbergowskimi. Potrafią one wykrywać promieniowanie mikrofalowe, terahercowe oraz inne częstotliwości radiowe, bez zakłócania ich metalowymi elementami.

– Ten odbiornik jest pierwszym tego rodzaju. Z jednej strony pozwala na odbiór różnorakich modulacji sygnału, jakie znamy ze zwykłego radia, takich jak FM czy AM. Z drugiej strony sam odbiornik, czyli komórka z atomami, jest „zasilany” wyłącznie laserami. Tylko one są wymagane, aby go obsługiwać i odczytywać z niego sygnał, podczas gdy cała elektronika obsługująca ten odbiornik, którą też konstruujemy w QOT, jest zamknięta w odległym urządzeniu typu rack, które może się nawet znajdować poza laboratorium – mówi agencji Newseria dr hab. Michał Parniak z Centrum Optycznych Technologii Kwantowych.

To oznacza, że całkowicie optyczny odbiornik potencjalnie może się sprawdzić w warunkach ekstremalnych, gdzie tradycyjna antena mogłaby ulec zniszczeniu np. przez temperaturę czy promieniowanie elektromagnetyczne. W dodatku potrafi wykryć bardzo dużo częstotliwości, podczas gdy w konwencjonalnych urządzeniach potrzebnych byłoby do tego wiele różnych układów detekcji.

– Ma to zastosowanie w bezpieczeństwie i walce z zakłóceniami, na przykład sygnału GPS. W przemyśle kosmicznym taki sensor pozwoli z większą precyzją obserwować temperaturę Ziemi. Zwiększenie tej precyzji może bardzo pomóc w badaniach nad klimatem, również w prognozowaniu pogody – wyjaśnia naukowiec.

Technologie optyczne wykorzystujące zasady mechaniki kwantowej do przetwarzania sygnałów otwierają nowe możliwości, w tym m.in. zastosowanie nietypowych stanów światła czy manipulację sygnałami poprzez precyzyjne kontrolowanie interakcji z otoczeniem. To z kolei przekłada się na uzyskanie większej ilości informacji z sygnałów, co może być przydatne także w innych dziedzinach, np. w telekomunikacji.

– Zastosowania sensorów kwantowych w telekomunikacji są niezwykle fascynujące. Pozwolą nam one na ulepszenie sieci typu internet rzeczy, czyli komunikację z drobnymi urządzeniami, jak na przykład liczniki energii, zwiększenie wydajności i czułości czujników – wymienia dr hab. Michał Parniak.

Nowe sensory wyróżniają się niezwykłą czułością, łatwością kalibracji, jak również dużym potencjałem miniaturyzacji. Dzięki temu mogą odegrać kluczową rolę w kwestii obronności i odporności na cyberzagrożenia.

– Mamy nadzieję, że do końca 2029 roku powstaną prototypy, które będą pewnymi wzorcami do bardziej seryjnej produkcji. Urządzenia, które proponujemy, może niekoniecznie znajdą się w każdym telefonie, ale mogą się znaleźć bardzo ważne zastosowania na przykład w obronności, przemyśle kosmicznym, instytutach meteorologicznych – wymienia ekspert z Centrum Optycznych Technologii Kwantowych. – Drugim celem jest to, aby nie tracić kontaktu z fundamentami, z których nasze osiągnięcia wynikają. Badamy więc protokoły, które są oparte na osiągnięciach fizyki kwantowej i metrologii kwantowej, aby móc optymalizować nasze praktyczne urządzenia.

Międzynarodowe Agendy Badawcze są prowadzone przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej i finansowane ze środków pochodzących z Funduszy Europejskich dla Nowoczesnej Gospodarki 2021–2027 (FENG).