Les communications sans fil utilisent souvent un format appelé déphasage ou modulation de phase, dans lequel les signaux sont décalés les uns par rapport aux autres dans le temps. Dans cet exemple, le signal de communication (bleu) contient des inversions périodiques par rapport au signal de référence (rouge). Ces inversions sont les taches qui ressemblent aux oreilles des chats. L'information (ou la donnée) est codée dans cette modulation. Crédit :Holloway/NIST
Des chercheurs du National Institute of Standards and Technology (NIST) ont démontré un nouveau type de capteur qui utilise des atomes pour recevoir des signaux de communication couramment utilisés. Ce récepteur à base d'atomes a le potentiel d'être plus petit et de mieux fonctionner dans des environnements bruyants que les récepteurs radio conventionnels, parmi d'autres avantages possibles.
L'équipe du NIST a utilisé des atomes de césium pour recevoir des bits numériques (1s et 0s) dans le format de communication le plus courant, qui est utilisé dans les téléphones portables, Wi-Fi et télévision par satellite, par exemple. Dans ce format, appelé déphasage ou modulation de phase, les signaux radio ou autres ondes électromagnétiques sont décalés les uns par rapport aux autres au cours du temps. Les informations (ou données) sont codées dans cette modulation.
"Il s'agit de démontrer que l'on peut utiliser des atomes pour recevoir des signaux modulés, " Le chef de projet Chris Holloway a déclaré. " La méthode fonctionne sur une vaste gamme de fréquences. Les débits de données ne sont pas encore les plus rapides du marché, mais il y a d'autres avantages ici, comme si cela pouvait mieux fonctionner que les systèmes conventionnels dans des environnements bruyants."
Comme décrit dans un nouvel article, le capteur quantique a reçu des signaux basés sur des méthodes de déphasage du monde réel. Une fréquence de transmission de 19,6 gigahertz a été choisie car elle était pratique pour l'expérience, mais il pourrait également être utilisé dans les futurs systèmes de communication sans fil, dit Holloway.
L'équipe du NIST utilisait auparavant la même technique de base pour les applications d'imagerie et de mesure. Les chercheurs utilisent deux lasers de couleurs différentes pour préparer les atomes contenus dans une cellule de vapeur dans des états à haute énergie ("Rydberg"), qui ont de nouvelles propriétés telles qu'une extrême sensibilité aux champs électromagnétiques. La fréquence d'un signal de champ électrique affecte les couleurs de la lumière absorbée par les atomes.
Le chercheur du NIST Chris Holloway ajuste un miroir pour aligner un faisceau laser utilisé dans un récepteur à base d'atomes pour les signaux de communication modulés numériquement. Crédit :Burrus/NIST
Dans les nouvelles expériences, l'équipe a utilisé un mélangeur à base d'atomes récemment développé pour convertir les signaux d'entrée en de nouvelles fréquences. Un signal radiofréquence (RF) sert de référence et un second signal RF sert de porteuse de signal modulé. Les différences de fréquence et le décalage entre les deux signaux ont été détectés et mesurés en sondant les atomes.
Alors que de nombreux chercheurs ont déjà montré que les atomes peuvent recevoir d'autres formats de signaux modulés, l'équipe du NIST a été la première à développer un mélangeur à base d'atomes capable de gérer le déphasage.
Selon le schéma de codage, le système à base d'atomes a reçu jusqu'à environ 5 mégabits de données par seconde. C'est proche de la vitesse des anciens, téléphones portables de troisième génération (3G).
Les chercheurs ont également mesuré la précision du flux binaire reçu sur la base d'une métrique conventionnelle appelée magnitude du vecteur d'erreur (EVM). L'EVM compare une phase de signal reçu à l'état idéal et évalue ainsi la qualité de la modulation. L'EVM dans les expériences du NIST était inférieur à 10 pour cent, ce qui est convenable pour une première démonstration, dit Holloway. Ceci est comparable aux systèmes déployés sur le terrain, il ajouta.
De minuscules lasers et cellules à vapeur sont déjà utilisés dans certains appareils commerciaux tels que les horloges atomiques à puce, suggérant qu'il pourrait être possible de construire un équipement de communication à base d'atomes pratique.
Avec le développement ultérieur, les récepteurs atomiques peuvent offrir de nombreux avantages par rapport aux technologies radio conventionnelles, selon le papier. Par exemple, il n'y a pas besoin d'électronique traditionnelle qui convertit les signaux à différentes fréquences pour la livraison car les atomes font le travail automatiquement. Les antennes et les récepteurs peuvent être physiquement plus petits, avec des dimensions micrométriques. En outre, les systèmes à base d'atomes peuvent être moins sensibles à certains types d'interférences et de bruit. Le mélangeur à base d'atomes peut également mesurer avec précision les champs électriques faibles.
