Bežična komunikacija u uređajima sljedeće generacije

Istraživači MIT-a prevladali su veliki izazov koji je sprječavao primjenu mikrovalnih kvantnih tehnologija za naprednu obradu signala i sigurnu komunikaciju u stvarnom svijetu.

Tim je razvio skalabilnu platformu koja generira parove visoko koreliranih radiofrekventnih valova, bez potrebe za glomaznom i skupom opremom za hlađenje. U kvantnim tehnologijama, ovi povezani radiovalovi mogu se koristiti za komunikaciju otpornu na šum ili visokoprecizni radar i senzore. Međutim, obično se generiraju samo u istraživačkim laboratorijima, u izuzetno hladnim uvjetima.

Istraživači s MIT-a izradili su mali elektronički uređaj koji može generirati istu vrstu visoko koreliranih signala na sobnoj temperaturi.

Uređaj sadrži magnetski film koji interagira s mikrovalnom energijom unutar metalne šupljine kako bi podijelio dolazni signal u dva povezana izlazna signala. Istraživači su koristili uređaj kako bi demonstrirali sigurnu komunikaciju kodiranjem informacija u signalu koji se mogao oporaviti samo korištenjem partnerskog signala.

Mikrovalni fotoni su temeljne čestice koje tvore signale koji se koriste za bežičnu komunikaciju i senzore.  Znanstvenici mogu podijeliti jedan mikrovalni foton na dva usko korelirana fotona pomoću uređaja koji se naziva Josephsonov spoj, a koji je element supravodljivog kruga. Ovi povezani mikrovalni fotoni mogu se koristiti u primjenama poput sigurne komunikacije ili visokoučinkovitih radarskih sustava koji mogu detektirati izuzetno slabe signale.

Kako bi omogućili sigurnu komunikaciju korištenjem ovih koreliranih signala, inženjeri bi mogli dizajnirati elektroničke uređaje koji kodiraju podatke u jednom signalu mijenjajući svojstva signala, tako da se informacije mogu dekodirati samo na drugom kraju prijenosa korištenjem odgovarajućeg signala. No, da bi učinkovito radili, supravodljivi krugovi moraju se držati na temperaturama ispod 273 stupnja Celzija, obično unutar glomaznog, skupog i energetski intenzivnog kriostata.

Spajanjem magnetskog filma s mikrovalnim rezonatorom i pažljivim kontroliranjem energije koju pumpaju u uređaj, istraživači su mogli formirati hibridne magnonsko-fotonske valove. Ovi hibridni valovi proizvode par sinkroniziranih signala s različitim mikrovalnim frekvencijama.

Signali ostaju snažno korelirani, ali budući da su frekvencije uvijek različite i nasumične, napadač ne može oporaviti informacije kodirane u jednom signalu bez da ima odgovarajući koji bi koristio kao ključ.

Istraživači su to demonstrirali kodiranjem male slike u frekvenciji jednog mikrovalnog signala. Uspješno su dekodirali signal i izdvojili sliku koristeći njegovog partnera.

Ovaj hibridni magnonsko-mikrovalni sustav mogao bi se koristiti i u komunikaciji otpornoj na šum tako što bi omogućio prijemniku dekodiranje poruke koja je iskrivljena slučajnim podacima koji ometaju prijenos.

Korelirani mikrovalni signali također su ključni element kvantnog simulatora, uređaja koji može emulirati složeno ponašanje i interakcije subatomskih čestica koje klasična računala ne mogu podnijeti. Znanstvenici razvijaju kvantne simulatore kako bi otkrili nove lijekove i materijale.

Generiranjem koreliranih signala na sobnoj temperaturi, ova nova tehnika može poboljšati skalabilnost i smanjiti troškove kvantne simulacije. U budućnosti istraživači žele razviti skalabilnu arhitekturu za svoju platformu, približavajući je primjeni u stvarnom svijetu. Također žele istražiti dodatne primjene za proces i koristiti svoju platformu za proučavanje temeljne fizike koreliranih mikrovalnih signala.