یک سیستم «رادیوکوانتومی» جدید می‌تواند جایگزین مناسبی برای GPS مکان‌هایی باشد که سیستم‌های ناوبری ماه‌واره‌ای در آنجا غیرقابل استفاده است. اکنون دیو هو (Dave Howe) و همکارانش در موسسه ملی استاندارد و تکنولوژی (NIST) در مریلند آمریکا سیستمی را توسعه می‌دهند که به‌دنبال استفاده از ویژگی‌های کوانتومی حسگرهای میدان مغناطیسی ویژه‌ای برای ارسال و دریافت سیگنال است.

Dave Howe از NIST یک پرتو لیزر را برای عبور از درون یک سلول کوچک شیشه‌ای از اتم‌های روبیدیم یک مغناطیسی استوانه‌ای تنظیم کرده است. اتم‌ها، قلب مغناطیس‌سنج (مگنتومتر) اتمی هستند که برای رادیوی مغناطیسی مثل یک گیرنده عمل می‌کنند. (Courtesy: urrus/NIST)

میدان‌های مغناطیسی ناشی از جریان‌های متناوب، اغلب در سیستم‌های ارتباطی بی‌سیم، مثل GPS، به‌کار می‌رود. بااین‌حال، این سیگنال‌ها در موادی مانند فلز، بتن، خاک و آب به‌شدت تضعیف می‌شوند و ارتباطات در محیط‌های ساختمانی یا زیر آب را مشکل می‌کنند. اگر از سیگنال‌های با فرکانس‌ پایین‌تر استفاده شود، تضعیف کاهش می‌یابد، اما پهنای باند و حساسیت هم کاهش می‌یابد، به این مفهوم که داده‌های زیادی قابل انتقال نیست.

ارتباطات با پهنای باند زیاد

هو می‌گوید: «بهترین حساسیت میدان مغناطیسی بااستفاده‌از حسگرهای کوانتومی به‌دست می‌آید. افزایش حساسیت دراصل باعث گسرش محدوده ارتباطات می‌شود. رویکرد کوانتومی نیز احتمال ارتباطات با پهنای بالا مانند آنچه را که تلفن‌های همراه دارند، ایجاد می‌کند.»

گروه NIST، رادیوی کوانتومی خود را بااستفاده‌از مگنتومترهای اتمی ویژه‌ای می‌سازد. معمولا این ابزارها برای اندازه‌گیری میدان‌های مغناطیسی طبیعی استفاده می‌شوند، اما می‌توان از آنها برای دریافت میدان‌های ساختگی، مانند سیگنال‌های ارتباطی دیجیتال، استفاده کرد.

نور قطبیده

مگنتومترِ جریانِ مستقیمِ گروه NIST، از نور قطبیده برای مشاهده تغییرات در حالت اسپینی اتم روبیدیم استفاده خواهد کرد که شامل نوسانات میدان مغناطیسی انتقالی است. پس از آن، جریان جایگزین در آشکارساز القاء می‌شود و سیگنال‌های ارتباطیِ واضح و روشن ایجاد می‌شود. آشکارساز باید بتواند سیگنال‌های بسیار ضعیف‌تر از نوفه‌های میدان مغناطیسی زمینه، حتی در فرکانس‌های پایین، کمتر از یک کیلوهرتز، را جمع کند.

هو توضیح می‌دهد: «اتم‌ها، پاسخ بسیار سریع و حساسیت بسیار بالایی نشان می‌دهند. ارتباطات کلاسیکی شامل تبادل بین پهنای باند و حساسیت است. حال با حسگرهای کوانتومی می‌توانیم هر دو را داشته باشیم.»

این گروه، توانایی‌های مگنتومترهای مغناطیسی اتمی را در Review of Scientific instruments توضیح داده است.