Nouveau récepteur quantique, le premier à détecter tout le spectre des fréquences radio5 min de lecture

Nouveau récepteur quantique, le premier à détecter tout le spectre des fréquences radio5  min de lecture

Un capteur quantique pourrait donner aux soldats un moyen de détecter les signaux de communication sur tout le spectre des fréquences radio, de 0 à 100 GHz. Un tel outil pourrait permettre de maintenir opérationnelles les communications face à des brouilleurs, ou bien d’écouter celles de l’ennemi. Mais ne rêvez pas uniquement dans le cadre militaire.

Rydberg
Un récepteur et analyseur de spectre Rydberg détecte une large gamme de signaux de radiofréquence du monde réel au-dessus d’un circuit micro-ondes, notamment la radio AM, la radio FM, le Wi-Fi et le Bluetooth. Crédit : illustration de l’armée américaine ©

Une couverture spectrale aussi large par une seule antenne n’est impossible qu’avec un système récepteur traditionnel et nécessiterait plusieurs systèmes d’antennes, d’amplificateurs et d’autres composants individuels, les radioamateurs le savent bien.

En 2018, les scientifiques de l’armée des États unis ont été les premiers au monde à créer un récepteur quantique qui utilise des atomes hautement excités et super-sensibles — connus sous le nom d’atomes de Rydberg — pour détecter les signaux de communication. Au cours des années suivantes, ils ont réalisé cette performance expérimentalement dans leur laboratoire en améliorant les résultats.

a déclaré David Meyer, un scientifique à l’« US Army Combat Capabilities Development Command » le Laboratoire de recherche de l’armée américaine. Et il a aussi ajouté :

Alors qu’une description quantitative de la sensibilité sur toute la plage de fréquences n’avait jamais été faite, ils ont envisagé récemment des applications générales de détection du champ électrique, y compris en tant que récepteur de communication.

Les atomes de Rydberg sont sensibles à la tension du circuit, ce qui permet à l’appareil d’être utilisé comme une sonde sensible pour la large gamme de signaux dans le spectre RF.
Ces nouveaux capteurs peuvent être très petits et pratiquement indétectables, ce qui donne aux soldats un avantage perturbateur.

Atomes de Rydbergs : il s’agit d’atomes fortement excités possédant un ou quelques électrons sur des orbites caractérisées par un très grand nombre quantique principal n. Ces atomes sont donc assez bien décrits par le modèle de l’atome de Bohr de l’hydrogène, sauf que leur taille est n2 plus grande que celle de cet atome.

Rydberg
Les atomes dans une cellule à vapeur de verre sont excités avec des faisceaux laser aux états de Rydberg. Ils détectent les champs électriques (provenant de l’antenne dorée en arrière-plan) et impriment les informations sur les faisceaux laser. Crédit : US Army ©

Ainsi en janvier (2021) pour évaluer les applications potentielles, les scientifiques de l’armée ont effectué une analyse de la sensibilité du capteur Rydberg aux champs électriques oscillants sur une vaste gamme de fréquences de 0 à 10 12 Hertz notamment sur la radio AM et FM, le Bluetooth, la Wi-Fi et autres signaux de communication. Les résultats montrent que le capteur Rydberg peut détecter de manière fiable des signaux sur tout le spectre. Avantageusement ils se comparent à d’autres technologies établies, telles que les cristaux électro-optiques et l’électronique passive couplée à une antenne dipôle.

La mécanique quantique nous permet de connaître à un très haut degré l’étalonnage des capteurs aux performances ultimes pour chaque capteur. Ce résultat est une étape importante pour déterminer comment ce système pourrait être utilisé sur le terrain.

a aussi déclaré David Meyer.

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Ces travaux appuient les priorités de modernisation de l’Armée de terre américaine dans les informatiques de nouvelle génération et garantissent la position, la navigation et la synchronisation, car ils pourraient potentiellement influencer de nouveaux concepts de communication ou des approches de détection des signaux RF pour la géolocalisation.

À l’avenir, les scientifiques de l’armée étudieront des méthodes pour continuer à améliorer la sensibilité pour détecter des signaux encore plus faibles et étendre les protocoles de détection pour des formes d’onde plus complexes.

L’analyseur de spectre Rydberg a le potentiel de dépasser les limites fondamentales de l’électronique traditionnelle en matière de sensibilité, de bande passante et de plage de fréquences. Pour cette raison, l’analyseur de spectre Rydberg du laboratoire et d’autres capteurs quantiques ont le potentiel de débloquer une nouvelle frontière des capteurs de l’armée pour la connaissance du spectre, la guerre électronique, la détection et les communications – une partie de la stratégie de modernisation de l’armée américaine.

a déclaré le Dr Kevin Cox, chercheur au Commandement du développement des capacités de combat de l’armée américaine, maintenant connu sous le nom de DEVCOM, laboratoire de recherche de l’armée.

Rydberg

Les chercheurs excitent les atomes de rubidium en états de Rydberg à haute énergie. Les atomes interagissent fortement avec les champs électriques du circuit, permettant la détection et la démodulation de tout signal reçu dans le circuit. Crédit : illustration de l’armée américaine. ©

La revue à comité de lecture Physical Review Applied a publié les résultats des chercheurs, Analyseur de spectre Rydberg couplé à un guide d’ondes de 0 à 20 GigaHerz, co-écrit par les chercheurs de l’armée, les Drs David Meyer, Paul Kunz et Kevin Cox.
Plus d’informations : David H.Meyer et al, Analyseur de spectre Rydberg couplé par guide d’ondes de 0 à 20 GHz, Physical Review Applied(2021). DOI: 10.1103 / PhysRevApplied.15.014053
De l’article : New quantum receiver the first to detect entire radio frequency spectrum by The Army Research Laboratory

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Vignette : Les atomes de Rydberg sont optiquement excités par les états de Rydberg qui détectent les champs de radiofréquences entrants dans l’interprétation de l’artiste. Crédit : US Army ©

par Albert Müller | ON5AM | Twitter | Facebook

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