“原子电视”来了？科学家通过奇怪的原子云传输实时视频

2022-09-01 16:09:20  信息编号：K223405  浏览次数：96

美国国家标准与技术研究院(NIST)的一项研究表明，原子云可以用作接收视频传输的接收器。近日，NIST的研究团队通过将实时视频源甚至视频游戏经原子传输到显示器，展示了这种“原子电视”。

这种“原子电视”的“原子”部分来自玻璃容器中的铷原子气体。研究小组使用两种不同颜色的激光“引导”这些原子进入一种奇怪的“里德伯态”，使它们具有高能量和电子，在离原子核相对较远的地方运行

与传统电子设备相比，基于原子的通信系统可以在物理上更小，并且更能容忍嘈杂的环境。增加视频功能可以增强偏远地区或紧急情况下的无线电系统。

由两种颜色的激光束激发的气态超大铷原子玻璃容器- 被称为里德堡状态- 是该技术的核心。在里德堡状态下，原子具有高能级，这导致电子在远离原子核的轨道上运行。这使得原子更大，对电磁场（包括无线电信号）敏感。在之前的工作中，NIST 科学家展示了它们如何充当无线电接收器。

然而，在这项新研究中，研究人员添加了视频。“我们想出了如何通过里德堡原子传感器传输和接收视频，”美国国家标准与技术研究院 (NIST) 的电气工程师 Chris Holloway在一份新闻稿中说。“现在我们正在做视频流和量子游戏，通过原子流式传输视频游戏。我们基本上将视频游戏编码为信号并用原子检测它。输出直接输入电视。”

在一个玻璃容器中，使用两种不同颜色的激光来制备里德堡态的气态铷原子。研究人员以前依靠铯原子的排列来演示基本的无线电接收器和“耳机”装置，以“将灵敏度提高一百倍”。

为了准备无线电接收器，将稳定的载波信号施加到包含里德堡原子的玻璃容器上。该信号使用来自摄像机或其他源的输入进行调制。接下来，调制信号通过喇叭天线传输到原子——这会导致能量转移。该团队可以检测到这些能量转移，并将它们解释为通过模数转换器运行为 VGA 格式的输出信号，最终馈送到显示视频的电视。

现在，输入从摄像机发送以调制原始载波信号以显示实时视频信号或视频游戏。该信号被馈送到喇叭天线，将传输定向到原子。原始载波信号用作参考，并与通过原子检测到的最终视频输出进行比较，以评估系统。

深入研究原子所需的激光束尺寸、功率和检测方法对于接收标准清晰度格式的视频至关重要。

根据新闻稿，光束尺寸会影响原子留在激光相互作用区的平均时间。这个平均时间与接收器的带宽成反比，这意味着更短的时间和更小的波束会产生更多的数据。较小的区域会产生更高的信号“刷新率”和更好的分辨率。

研究人员发现，两种激光器的小光束直径导致更快的响应和颜色接收——实现了每秒 100 兆比特的数据速率。这是视频游戏和家庭互联网的绝佳速度。

但是，原子电视可能需要一段时间才能成为您家庭娱乐设置的一部分。