The Signal
Un ricevitore ad atomi di Rydberg raggiunge una larghezza di banda di 210 MHz, con una precisazione
Un ricevitore ad atomi di Rydberg ha dimostrato una copertura in frequenza di 210 MHz usando un pettine di frequenze a microonde e un campo Stark dipendente dalla posizione. Le misurazioni sull’intera banda hanno utilizzato una cella a vapo
Quantum.world Team · Scritto con l’IA · verificato ·
La larghezza di banda dichiarata del ricevitore è di 210 MHz, ma la dimostrazione sull’intera banda non ha ancora utilizzato 21 canali operanti in parallelo. In un articolo pubblicato il 1° novembre su Communications Physics, Yuechun Jiao e colleghi descrivono un ricevitore a microonde ad atomi di Rydberg basato su un pettine di frequenze e un campo elettrico dipendente dalla posizione. I ricercatori hanno misurato i canali uno alla volta, quindi hanno utilizzato due celle per testare la ricezione su una parte della banda. Gli autori affermano che il funzionamento continuo e simultaneo sull’intero intervallo richiede l’implementazione e la lettura in parallelo di tutti i canali.
Uno spostamento Stark assegna una frequenza a ogni cella
Gli atomi di Rydberg possono rilevare campi a microonde attraverso variazioni dei loro livelli energetici, rilevate otticamente. Ma la larghezza di banda istantanea di un ricevitore basato su una singola cella a vapore è limitata dalla coerenza atomica. Il team di Jiao affronta questo limite abbinando un pettine di frequenze a microonde a un campo Stark che varia nello spazio, il quale modifica la frequenza di transizione risonante in funzione della posizione della cella.
Ogni linea del pettine può fungere da oscillatore locale per una cella sintonizzata su quella linea. Il segnale a microonde in ingresso si mescola con l’oscillatore locale negli atomi, producendo un segnale di battimento che i ricercatori rilevano dalla luce di sonda trasmessa. Più celle collocate in posizioni diverse possono quindi coprire intervalli di frequenza adiacenti; la larghezza di banda proposta cresce con il numero di celle e di linee del pettine.
Ventuno canali coprono 210 MHz
Per le misurazioni di verifica del principio, il team ha utilizzato un pettine con 21 linee di frequenza, distanziate di 10 MHz attorno a una frequenza centrale di 8,13 GHz. La larghezza di banda istantanea misurata di una singola cella era di circa 10 MHz, ovvero ±5 MHz. Nel loro insieme, le misurazioni dei canali coprivano da 8,025 a 8,235 GHz, un intervallo di 210 MHz secondo la definizione di larghezza di banda a 3 dB adottata nell’articolo.
Il team ha generato il gradiente del campo Stark con un campo a radiofrequenza di 120 MHz applicato a piastre di elettrodi in alluminio. Anziché utilizzare una matrice di 21 celle per quelle misurazioni, i ricercatori hanno modificato la posizione degli elettrodi rispetto a una singola cella a vapore, collocandoli in 21 posizioni, e hanno poi combinato le misurazioni. L’articolo riporta una sensibilità complessiva di 326,6 nV cm−1 Hz−1/2 sull’intervallo di sintonia; la sensibilità peggiorava quando la frequenza di transizione veniva spostata verso valori più alti.
Due celle testano la ricezione; il funzionamento a 21 celle resta da realizzare
In un test separato, due celle sono state collocate alle estremità opposte del campo Stark, sintonizzate su frequenze a microonde di 8,03 e 8,23 GHz. I ricercatori hanno fatto variare un segnale da 8,02 a 8,24 GHz e hanno osservato risposte sotto forma di segnali di battimento da entrambe le celle. Il test avvalora l’approccio a più celle, ma non dimostra la lettura continua e simultanea di tutti i 21 canali sull’intera larghezza di banda.
«Il pieno funzionamento simultaneo sull’intera larghezza di banda di 210 MHz richiede l’implementazione e la lettura in parallelo di tutti i canali.»
Yuechun Jiao e coautori, autori dell’articolo su Communications Physics
La distinzione è importante per gli usi proposti, come il monitoraggio a banda larga e le comunicazioni: una misurazione ottenuta combinando più rilevazioni dimostra la copertura delle frequenze, mentre un ricevitore che segue contemporaneamente i segnali sull’intera banda necessita di più celle e di una lettura in parallelo. L’articolo individua inoltre nella potenza disponibile del generatore del pettine a microonde un limite pratico al numero di linee. Gli autori propongono di integrare 21 celle a vapore per la ricezione continua, ma questa matrice completa non è la configurazione utilizzata per la caratterizzazione canale per canale dei 210 MHz riportata nell’articolo.
La larghezza di banda cresce con l’hardware
L’architettura combina la risposta ristretta di ogni cella in un intervallo più ampio, grazie a un insieme di celle disposte nello spazio. L’aggiunta di canali potrebbe estendere l’intervallo, purché il sistema fornisca un numero sufficiente di linee del pettine e potenza sufficiente, e produca il profilo del campo Stark richiesto. Il risultato dimostra il principio su 210 MHz; il passo successivo è il funzionamento in parallelo dei 21 canali, anziché un’altra scansione ottenuta combinando più rilevazioni.