Представьте устройство, улавливающее радиосигналы без антенн или проводов — только свет и атомы.
Физики из Варшавского университета создали первый в мире полностью оптический радиоприемник, работающий на лазерном свете. Эта разработка в квантовых технологиях открывает путь к созданию скрытых сенсоров и улучшению космической связи, что выглядит многообещающим для науки и практического применения. Результаты опубликованы в Nature Communications.
Свет вместо металла
Команда под руководством доктора Михала Парняка с Физического факультета и Центра квантовых оптических технологий бросила вызов традициям. Они отказались от металлических антенн, заменив их атомами рубидия в стеклянной камере, подсвечиваемыми тремя сверхточными лазерами. Это устройство не только ловит радиоволны, но и само настраивается, улавливает слабые сигналы и остается невидимым для внешних детекторов.
«Мы заменили антенну и электронный микшер на новую среду — своего рода искусственное северное сияние», — объясняет Парняк.
Лазеры настраивают атомы рубидия, заставляя электроны прыгать на высокие орбиты, называемые ридберговскими состояниями — это как если бы атомы превращались в миниатюрные спутники, чувствительные к радиоволнам.
Когда сигнал проходит через камеру, он слегка меняет движение электронов. Вернувшись на низкие орбиты, они испускают слабый инфракрасный свет, несущий закодированную информацию, которую лазеры читают с ювелирной точностью.
Как работает магия света
Традиционные радиоприемники полагаются на электрические цепи и металл, но варшавский подход строится на квантовой физике. Лазеры синхронизируют атомы, а оптические полости — зеркальные трубки — стабилизируют частоту света. Это критично: малейший сбой в ритме испортит сигнал. Ученые добились этого, используя вакуумные камеры и зеркала с отражением 99,99%, что позволяет измерять даже слабые радиоволны на расстоянии. Тесты показали: устройство улавливает сигналы в 100 раз слабее, чем обычные антенны.
Скрытность и точность
Металлические антенны создают помехи, а этот приемник — нет. Ему нужны только пары рубидия, лазеры и герметичная оболочка. В будущем его можно уменьшить до бугорка на оптическом волокне: свет пойдет по волокну, а инфракрасный сигнал вернется назад. Это позволит измерять поля за несколько метров от источника, не выдавая себя. Например, такие сенсоры могут следить за погодой или шпионить, не оставляя следов. Точность калибровки тоже впечатляет, так как устройство само корректирует настройки, что упрощает работу в космосе или на Земле.
Варшавские ученые годами шли к этому, оттачивая методы с ридберговскими атомами. Их технология выделяется самокалибровкой и чувствительностью, привлекая метрологические институты, оборонные ведомства и Европейское космическое агентство (ЕКА). С начала 2025 года команда Парняка сотрудничает с ЕКА, планируя запустить квантовые сенсоры на спутники для измерения магнитных полей или связи с Землей. Это часть польского проекта SONATA17 и программы Quantum Optical Technologies, поддержанной Евросоюзом. С новой технологией спутники смогут передавать данные светом, минуя помехи от солнечных бурь. В 2026 году ЕКА планирует тестовый запуск.