این دستگاه بسیار حساس دارای قابلیت‌های بالقوه در تصویربرداری‍‍‌‌‌‌های‌ پزشکی و شبکه‌های کوانتمی است.

یک دستگاهِ با اختلالات پایین برای تبدیل کردن امواج رادیویی به نور لیزری در یک اطاق خلاء قرار داده شده است.

فیزیک‌‌پژوهان راهی یافته‌اند که امواج خفیف رادیویی را شناسایی و دریافت کنند و آن‌ها را مستقیماً به سیگنال‌هایی تبدیل کنند که با فیبر نوری قابل انتقال باشند. کاربردهای عملی این کشف میتواند در بالا بردن حساسیت ردیاب‌های مورد استفاده در MRI و نجوم رادیویی (radio astronomy)، و کمک به وصل کردن کامپیوترهای کوانتمی آینده به یک شبکه باشد.

گیرنده‌های امواج رادیویی با استفاده از آنتن امواج را می‌گیرند. امواجِ وارد شده با آنتن نوسان می‌کنند و یک سیگنال الکتریکی متغیر القا می‌کنند که سپس با سیمی منتقل می‌شود. سیگنال‌های رادیویی ضعیف باید توسط تقویت کننده های الکتریکی مانند ترانزیستورها قوی‌تر شوند که این امر باعث ایجاد نوفه- افت و خیزهای اضافی در سیستم می شود. زمانی که قوی‌تر شوند، می‌توانند باعث گم شدن سیگنال اصلی شوند. بهترین تقویت کننده ها باید فوق‌العاده سرد شوند تا ارتعاشات گرمایی را که تولید نوفه می‌کنند کاهش دهند.

تیمی به رهبری فیزیک‌پژوه یوجین پولزیک (Eugene Polzik) در موسسه نیلز بور دانشگاه کوپنهاگ اکنون گیرنده‌ای را ساخته که می‌تواند در دمای اطاق، بدون واسطه تقویت کننده، سیگنال‌های رادیویی را به سیگنال‌های نوری تبدیل کند. به گفته پولزیک، این وسیله هم‌اکنون دقتِ مدرن‌ترین وسایل الکترونیکی هم‌تراز خود را داراست.

بالا و پایین

کلیدِ انجام این کار، چنان‌که در مجله نِیچر توصیف شده، استفاده از یک غشای نیتریدِ سیلیکان (SiN) به ضخامت کمتر از 200 نانومتر با پوششی از آلومینیوم است که بالای صفحه‌ای از طلا آویزان شده. هنگامی که یک آنتن سیگنالِ رادیویی را دریافت می‌کند، یک سیگنالِ الکتریکی نوسانگر در مدار ایجاد می‌کند. این امر تولید ولتاژ الکتریکی می‌کند که بین آلومینیوم و طلا پایین و بالا می‌رود. و نیروهای الکتروستاتیکِ جذب کننده و دفع کننده‌ای که از این حرکت بوجود می‌آیند باعث می‌شوند که غشاء به طور موزون با امواج به حرکت درآید.

نویسنده همکار، اَلبرت شلیسر، که همچنین فیزیک‌پژوهی در موسسه نیلز بور است توضیح می‌دهد که این وسیله با اصابت نور لیزر به غشاء و اندازه‌گیری مقدار تغییر جهت امواج نوری حرکتِ غشاء را شناسایی می‌کند. او می‌گوید این سیگنال لیزری می‌تواند خوانده شود و دقت و درستی آن تنها با افت و خیزهای کوانتمی نور لیزر محدود می‌شود. شلیسر می‌گوید آزمایش‌ها نشان می‌دهند که اختلال‌های برامده از غشاء بسیار کوچک هستند: حتی در دمای اطاق، این غشاء 100 برابر کمتر از تقویت کننده های الکترونیکی فوق‌العاده سرد شده تولیدِ نوفه می‌کنند.

آزمایش‌های پیشین موفق شده‌اند سیگنال‌های فرکانس‌های رادیویی را به ارتعاشات مکانیکی و ارتعاشات مکانیکی را به سیگنال‌های نوری تبدیل کنند، اما شلیسر و همکارانش این دو کار را در یک سیستم واحد ترکیب کرده‌اند.

b>سیگنال‌های کیهانی

پولزیک می‌گوید چنین تبدیلاتِ کم اختلال می‌توانند در تلسکوپ‌های رادیویی مورد مصرف پیدا کنند، به خصوص در ماهواره‌ها که فوق‌العاده سرد کردن‌شان مشکل است. دستگاهِ تیمِ او می‌تواند به ستاره‌شناسان کمک کند که "به آسمان نگاه کنند و سعی کنند کوچک‌ترین سیگنال ها از تشعشعات زمینه کیهانی را دریافت کنند". شلیسر می‌گوید با مقداری کار روی دستگاه می‌توانند آن را برای "تولیدِ واضح‌ترین اِسکن‌های اِم-آر-آی که تا به حال دیده شده" به کار گیرند.

تِرو هیکیلا (Tero Heikkila) فیزیک‌پژوهی در دانشگاه جیواسکیلا (Jyvaskyla) در فنلاند می‌گوید که این دستگاه می‌تواند در زمینه‌های در حال ظهور محاسبه و کدنویسی کوانتمی سودمند باشد. درزمینه‌های مذکور اطلاعات توسط بیت‌های کوانتمی یا کوبیت‌ها که از فوتون یا سیستم‌های دیگری، که می‌توانند دو عدد را در آنِ واحد کُد گذاری کنند، حمل می‌شود. این دستگاه به عنوان یک دستگاه تبدیل کننده امواج رادیویی به امواج نوری می‌تواند کامپیوترهایی که بر روی فرکانس‌های رادیویی کار می‌کنند را قادر به فرستادن اطلاعات کوانتمی توسط فیبر نوری کند. هیکیلا می‌گوید: "هدف این است که کوبیت‌های پرنده –یا فوتون- بسازیم که با یکدیگر ارتباط برقرار کنند و اطلاعات را بین دو کامپیوتر کوانتمی که با فرکانس رادیویی کار می‌کنند منتقل کنند".

فرانچسکو مَسِل، فیزیک‌پژوه دیگری از دانشگاه جیواسکیلا هشدار می‌دهد که این سیستم هم‌اکنون برای بیشترِ کاربردها بسیار ناکارآمد است زیرا تنها 0.8% اوقات موفق به تبدیل فوتون‌های رادیویی به نور می‌شود. اما او اضافه می‌کند این دستگاه "قطعاً امیدبخش است". " این سیستمِ خوبی است اما هنوز راه زیادی مانده تا به بهره‌بری کاربردی برسد".

Elizabeth Gibney

منبع: Sensor turns faintest radio waves into laser signals