Новая квантовая антенна раскрывает скрытый терагерцовый мир
Исследователи создали гибридный датчик на основе атомов Ридберга, который впервые позволил измерить и точно откалибровать отдельные «зубцы» частотной гребенки в терагерцовом диапазоне, открывая путь к сверхточным измерениям и новым технологиям
Короткое резюме
Ученые из Варшавского университета представили прорывной метод детектирования и калибровки терагерцового излучения с помощью «квантовой антенны» на основе атомов Ридберга. Комбинируя принципы атомной электросуперметрии (эффект Отлера-Таунса) с высокочувствительной техникой преобразования терагерцового сигнала в оптические фотоны, они впервые смогли измерить интенсивность отдельного «зубца» частотной гребенки в терагерцовом диапазоне — задача, ранее считавшаяся невыполнимой из-за технических ограничений электроники и оптики.
Ключевым элементом датчика являются атомы рубидия, переведенные в ридберговское состояние лазерами. Такой «раздутый» атом выступает в роли самонастраивающейся и самокалибрующейся антенны, чувствительной к слабым электрическим полям в широком диапазоне частот — вплоть до терагерцовых. Для регистрации сверхслабых сигналов исследователи дополнили систему методом преобразования радиоволн в свет, что позволило использовать сверхчувствительные однофотонные детекторы, не теряя при этом абсолютной калибровки, присущей атомному эталону.
Данная работа закладывает основы новой области метрологии для терагерцового диапазона, который перспективен для безопасной досмотровой визуализации, сверхскоростной связи 6G и спектроскопии органических соединений. Технология функционирует при комнатной температуре, что удешевляет ее и упрощает потенциальную коммерциализацию, открывая путь к созданию эталонных стандартов измерения для будущих терагерцовых приложений.
Первый замер отдельного «зубца» гребенки
Впервые удалось измерить сигнал от одного зубца терагерцовой частотной гребенки, что раньше было невозможно из-за слишком высоких частот для электроники и слишком низких для прямой оптической регистрации
Гибридный принцип работы датчика
Метод сочетает в себе абсолютную калибровку атомной электросуперметрии (эффект Отлера-Таунса) с экстремальной чувствительностью детекции одиночных фотонов благодаря преобразованию терагерцового сигнала в свет
Атом Ридберга как самонастраивающийся эталон
Атомы в ридберговском состоянии действуют как квантовые антенны, которые можно точно настроить на нужную частоту, при этом их отклик зависит только от фундаментальных физических констант, что исключает необходимость внешней калибровки
Работа при комнатной температуре
В отличие от многих квантовых технологий, требующих криогенного охлаждения, данный сенсор функционирует при комнатной температуре, что значительно снижает стоимость и барьеры для практического применения
Текст сгенерирован с использованием ИИ
