Der Video-Feed in Aktion. (NIST) Wissenschaftler haben einen „Atomfernseher“ entwickelt, der Laser und Atomwolken nutzt, um ein Videosignal zu übertragen, das dem traditionellen 480i-Auflösungsstandard (480 horizontale Zeilen) entspricht.
Erwarten Sie jedoch nicht, dass es in absehbarer Zeit als Teil Ihres Home-Entertainment-Setups installiert wird.
Der Schlüssel zur Technologie ist ein Glasbehälter mit übergroßem Gas Rubidium Atome werden durch zweifarbige Laserstrahlen in einen sogenannten Rydberg-Zustand angeregt. Dabei haben Atome ein hohes Energieniveau, was dazu führt, dass die Elektronen weiter vom Kern weg kreisen.
Das wiederum macht die Atome größer und gestreckter und macht sie außerdem empfindlich gegenüber elektromagnetischen Feldern – so dass sie als Fernsehsignalempfänger verwendet werden können. Einen ähnlichen Trick machten die Forscher bereits zuvor mit Funksignalen .
„Wir haben herausgefunden, wie man Videos über die Rydberg-Atomsensoren streamen und empfangen kann“, sagt Elektroingenieur Chris Holloway vom National Institute of Standards and Technology (NIST) in den USA.
„Wir haben im Grunde ein Videospiel auf ein Signal kodiert und es mit den Atomen erkannt.“ Die Ausgabe wird direkt in den Fernseher eingespeist.'
Die Atomwolke wird zunächst mithilfe eines Funksignals präpariert. Sein Einfluss auf die Energieverschiebungen in den Rydberg-Atomen wird gemessen und als Referenzpunkt verwendet. Anschließend wird ein Video-Feed hinzugefügt, um das Originalsignal zu modulieren, und über a übertragen Hornantenne .
Indem sie einen der Laserstrahlen beim Durchgang durch die Atome analysieren, extrahieren die Wissenschaftler das Videosignal und wandeln es in ein für einen Bildschirm geeignetes Format um. Das Setup wurde zuvor anhand von Feeds einer Videokamera und einer Videospielkonsole getestet.
Damit das System erfolgreich war, musste das Team die Größe der Laserstrahlen genau bestimmen. Wenn sich die Strahlgröße ändert, ändert sich auch die Zeit, die das Laserlicht mit den Atomen interagiert, was sich dann auf die Bandbreite des Videostreams auswirkt.
„Die Strahlgröße beeinflusst die durchschnittliche Verweildauer der Atome im Wechselwirkungsvolumen, die umgekehrt proportional zur Bandbreite des Empfängers ist“, schreiben die Forscher in ihrem veröffentlichtes Papier .
Nach Tests stellte das Team fest, dass kleine Strahldurchmesser von weniger als 100 Mikrometern bei beiden Lasern im Hinblick auf die Reaktionsgeschwindigkeit und die Fähigkeit zur Farbübertragung optimal waren. Sie konnten beeindruckende Datenraten von bis zu 100 Megabit pro Sekunde erreichen.
Forscher sagen, dass diese Raten in Zukunft noch weiter verbessert werden könnten. Die Auflösung von 480i sieht nach heutigen Maßstäben ziemlich unscharf aus, aber jetzt, da die Technologie vorhanden ist und funktioniert, kann sie verfeinert werden.
Derzeit ist der Atomreceiver etwa so groß wie ein Esstisch, doch in Zukunft soll es möglich sein, ihn zu verkleinern. Diese Geräte könnten kleiner und vielseitiger als bestehende Empfänger sein und weniger anfällig für laute Umgebungen sein.
Darüber hinaus könnten dieselben Prinzipien schließlich auch auf Glas, kommerziell erhältliche Atome und Standard-Glasfaserkabel angewendet werden. Durch eine Neukalibrierung der Laser könnten sich die Empfänger schnell an den Empfang von Audio- und Videosignalen anpassen.
„Man muss keine elektronischen Komponenten austauschen oder andere Steckdosen verwenden“, sagte die Physikerin Amita Deb von der University of Otago in Neuseeland, die nicht an der Studie beteiligt war Neuer Wissenschaftler .
Die Forschung wurde veröffentlicht in AVS Quantenwissenschaft .