Используя гигантские атомы и крошечные лазеры, исследователи создали «атомное телевидение»

Ученые разработали «атомное телевидение», в котором используются лазеры и атомные облака для передачи видеосигнала, соответствующего традиционному стандарту разрешения 480i (480 строк по горизонтали). Научная статья вышла в AVS Quantum Science, о разработке рассказывает ScienceAlert.

Ключом к технологии является стеклянный контейнер с газообразными атомами рубидия огромного размера, которые возбуждаются лазерными лучами двух цветов в так называемом ридберговском состоянии — когда атомы имеют высокий уровень энергии, заставляющий электроны вращаться дальше от ядра.

Это, в свою очередь, делает атомы более крупными и вытянутыми, а также — чувствительными к электромагнитным полям, так что их можно использовать в качестве приемника телевизионного сигнала. Исследователи ранее проделали аналогичный трюк с радиосигналами.

«Мы выяснили, как передавать и получать видео через атомные датчики Ридберга. По сути, мы закодировали видео в сигнал и обнаружили его с помощью атомов. Выходной сигнал подается непосредственно в телевизор», — говорит инженер-электрик Крис Холлоуэй из Национального института стандартов и технологий (NIST) США.

Облако атомов сначала готовится с помощью радиосигнала. Его влияние на энергетические сдвиги в ридберговских атомах измеряется и используется в качестве точки отсчета. Затем добавляется видеопоток для переноса исходного сигнала, который передается через рупорную антенну.

Анализируя один из лазерных лучей при его прохождении через атомы, ученые извлекают видеосигнал и преобразуют его в формат, подходящий для экрана. Установка была протестирована с использованием видеокамеры и игровой консоли.

Важно было правильно подобрать размер лазерных лучей. По мере изменения размера луча меняется и время, которое лазерный луч тратит на взаимодействие с атомами, что затем влияет на пропускную способность видеопотока. Команда обнаружила, что малые диаметры луча менее 100 микрометров для обоих лазеров являются оптимальным вариантом с точки зрения скорости отклика и возможности передачи цвета. Они смогли получить впечатляющие скорости передачи данных — до 100 мегабит в секунду.

Исследователи говорят, что в будущем эти показатели могут быть улучшены еще больше. Разрешение 480i выглядит довольно нечетким по современным меркам, но теперь, когда технология работает, ее можно совершенствовать.

Прямо сейчас атомный приемник имеет размер обеденного стола, но в будущем его можно будет уменьшить. Эти устройства могут быть меньше по размеру и более универсальными, чем существующие приемники, и менее подвержены влиянию среды.

Более того, те же самые принципы могут быть использованы со стеклом, коммерчески доступными атомами и стандартными оптоволоконными кабелями. Перекалибровав лазеры, приемники смогут быстро адаптироваться к приему аудио- и видеосигналов.