Un capteur quantique pourrait donner aux soldats un moyen de détecter les signaux de communication sur une large partie du spectre des fréquences radio, de 0 à 20 GHz. Un tel outil pourrait permettre de maintenir opérationnelles les communications face à des brouilleurs, ou bien d’écouter celles de l’ennemi. Mais ne rêvez pas uniquement dans le cadre militaire.
Un récepteur et analyseur de spectre Rydberg détecte une large gamme de signaux de radiofréquence du monde réel au-dessus d’un circuit micro-ondes, notamment la radio AM, la radio FM, le Wi-Fi et le Bluetooth. Crédit : illustration de l’armée américaine ©
Une couverture spectrale aussi large par une seule antenne est impossible avec un système récepteur traditionnel, qui nécessiterait plusieurs systèmes d’antennes, d’amplificateurs et d’autres composants individuels — les radioamateurs le savent bien.
En 2018, les scientifiques de l’armée des États-Unis ont été parmi les premiers au monde à créer un récepteur quantique qui utilise des atomes hautement excités et super-sensibles — connus sous le nom d’atomes de Rydberg — pour détecter les signaux de communication. Au cours des années suivantes, ils ont réalisé cette performance expérimentalement dans leur laboratoire en améliorant les résultats.
a déclaré David Meyer, scientifique à l’« US Army Combat Capabilities Development Command » (devenu depuis DEVCOM), Laboratoire de recherche de l’armée américaine. Il a aussi ajouté :
Alors qu’une description quantitative de la sensibilité sur toute la plage de fréquences n’avait jamais été faite, ils ont envisagé récemment des applications générales de détection du champ électrique, y compris en tant que récepteur de communication.
Les atomes de Rydberg sont sensibles à la tension du circuit, ce qui permet à l’appareil d’être utilisé comme une sonde sensible pour la large gamme de signaux dans le spectre RF.
Ces nouveaux capteurs peuvent être très petits et pratiquement indétectables, ce qui donne aux soldats un avantage discret.
Les atomes dans une cellule à vapeur de verre sont excités avec des faisceaux laser aux états de Rydberg. Ils détectent les champs électriques (provenant de l’antenne dorée en arrière-plan) et impriment les informations sur les faisceaux laser. Crédit : US Army ©
Ainsi, en janvier 2021, pour évaluer les applications potentielles, les scientifiques de l’armée ont effectué une analyse de la sensibilité du capteur Rydberg aux champs électriques oscillants sur une plage continue allant du continu (DC) jusqu’à 20 GHz, notamment sur la radio AM et FM, le Bluetooth, le Wi-Fi et d’autres signaux de communication. Le système atteint une sensibilité intrinsèque de -120 dBm/Hz, une bande passante instantanée de 4 MHz et plus de 80 dB de plage dynamique linéaire — avec un préamplificateur faible bruit en entrée, la sensibilité de crête dépasse -145 dBm/Hz. Les résultats montrent que le capteur Rydberg peut détecter de manière fiable des signaux sur cette large plage de fréquences. Avantageusement, ils se comparent à d’autres technologies établies, telles que les cristaux électro-optiques et l’électronique passive couplée à une antenne dipôle.
La mécanique quantique nous permet de connaître à un très haut degré l’étalonnage des capteurs aux performances ultimes pour chaque capteur. Ce résultat est une étape importante pour déterminer comment ce système pourrait être utilisé sur le terrain.
a aussi déclaré David Meyer.
Ces travaux appuient les priorités de modernisation de l’Armée de terre américaine dans les technologies de nouvelle génération et garantissent la position, la navigation et la synchronisation, car ils pourraient potentiellement influencer de nouveaux concepts de communication ou des approches de détection des signaux RF pour la géolocalisation.
À l’avenir, les scientifiques de l’armée étudieront des méthodes pour continuer à améliorer la sensibilité afin de détecter des signaux encore plus faibles, et pour étendre les protocoles de détection à des formes d’onde plus complexes. Selon Kevin Cox, un travail important en physique et en ingénierie reste nécessaire avant que l’analyseur Rydberg puisse être intégré dans un dispositif utilisable sur le terrain, notamment pour comprendre comment conserver et améliorer les performances du capteur à mesure que sa taille diminue.
L’analyseur de spectre Rydberg a le potentiel de dépasser les limites fondamentales de l’électronique traditionnelle en matière de sensibilité, de bande passante et de plage de fréquences. Pour cette raison, l’analyseur de spectre Rydberg du laboratoire et d’autres capteurs quantiques ont le potentiel de débloquer une nouvelle frontière des capteurs de l’armée pour la connaissance du spectre, la guerre électronique, la détection et les communications — une partie de la stratégie de modernisation de l’armée américaine.
a déclaré le Dr Kevin Cox, chercheur au Commandement du développement des capacités de combat de l’armée américaine, maintenant connu sous le nom de DEVCOM, laboratoire de recherche de l’armée.
La revue à comité de lecture Physical Review Applied a publié les résultats des chercheurs, Waveguide-coupled Rydberg spectrum analyzer from 0 to 20 GHz, co-écrit par les chercheurs de l’armée, les Drs David Meyer, Paul Kunz et Kevin Cox (publié le 27 janvier 2021).
Plus d’informations : David H. Meyer et al, Waveguide-coupled Rydberg spectrum analyzer from 0 to 20 GHz, Physical Review Applied (2021). DOI: 10.1103/PhysRevApplied.15.014053
De l’article : New quantum receiver the first to detect entire radio frequency spectrum, The Army Research Laboratory
Vignette : Les atomes de Rydberg sont optiquement excités par les états de Rydberg qui détectent les champs de radiofréquences entrants dans l’interprétation de l’artiste. Crédit : US Army ©
Cet article est reproduit sur HamAnalyst avec l’autorisation de son auteur, Albert Müller, qui en conserve la pleine propriété intellectuelle. Retrouvez les travaux originaux sur : ON5AM.
Licencié Harec depuis 1990, après une pause de quelques années, j'ai renouvelé mon intérêt pour la radio, je suis particulièrement actif en HF, appréciant le FT8, les contest et la chasse au Dx. Passionné d'informatique, je suis convaincu que le monde des radioamateurs doit évoluer avec les avancées technologiques, notamment avec l'émergence de l'IA dans nos shack.
