Naukowcy z amerykańskiego Laboratorium Badawczego Armii (instytucja podległa DEVCOM, czyli Army Combat Capabilities Development Command) zaprezentowali konstrukcję pierwszego sensora kwantowego zdolnego do pomiaru pełnych trójwymiarowych kierunków oddziaływania pól elektromagnetycznych w zakresie częstotliwości radiowych. Urządzenie wykorzystuje lasery do wzbudzania atomów Rydberga umieszczonych nad obwodem mikrofalowym, co umożliwia izolację konkretnych fragmentów widma elektromagnetycznego bez konieczności przeszukiwania całego dostępnego zakresu.
Do tej pory sensory oparte na atomach Rydberga (gwoli skrótowego wyjaśnienia – atomy rydbergowskie to takie, w których co najmniej jeden elektron został pobudzony do b. wysokiego poziomu energetycznego, najczęściej wykorzystując lasery w kilku wiązkach) operowały wyłącznie w wąskich, specyficznych regionach widma częstotliwości radiowych, co ograniczało ich zastosowanie w rzeczywistych scenariuszach walki elektronicznej. Nowa konstrukcja eliminuje tę wadę, otwierając drogę do detekcji sygnałów w szerokim spektrum częstotliwości używanych do łączności taktycznej i strategicznej.
Lasery w cel
Armia amerykańska (w tym wspomniane DEVCOM czy słynna DARPA, tj. agencja zaawansowanych projektów zbrojeniowych) już od 2018 roku rozwija sensory kwantowe oparte na wysoko wzbudzonych atomach, początkowo w rolach odbiorników sygnałów komunikacyjnych. Obecne osiągnięcie stanowi rozwinięcie tych prac o możliwość precyzyjnego określania kierunku propagacji fal radiowych w przestrzeni trójwymiarowej, co umożliwia lokalizację nadajników bez konieczności stosowania wielu anten czy złożonych algorytmów triangulacji.
Zastosowanie atomów Rydberga w roli detektorów pól częstotliwości radiowej (RF, tj. radio frequency) wynika z ich nadzwyczajnej wrażliwości na zmiany potencjału elektrycznego. Atomy te, wzbudzane do stanów o wysokich głównych liczbach kwantowych, reagują na sygnały o niskiej amplitudzie, które klasyczne układy radiowe pomijają jako szumy i zakłócenia. Lasery wykorzystywane w zastosowanej konfiguracji pozwalają na kontrolowane wzbudzanie elektronów, a mikrofalowe obwody rezonansowe generują odpowiednie środowisko do oddziaływania z polami zewnętrznymi.
Panuj nad falami (elektromagnetycznymi), aby rządzić światem
Technologia ta może nabrać szczególnego znaczenia w kontekście testowanego właśnie wykorzystania kwantowych protokołów do wykrywania obiektów w środowiskach o wysokim poziomie szumów. Zjawisko znane jako oświetlenie kwantowe (quantum illumination) oferuje możliwość wykrywania celów (chodzi oczywiście o te elektromagnetyczne) przy użyciu słabych źródeł światła z przewagą nad klasycznymi metodami oświetlenia, co przekłada się bezpośrednio na zdolność do namierzania nadajników w warunkach zakłóceń elektromagnetycznych.
Perspektywa wdrożenia tych urządzeń na pola bitew oznacza fundamentalną zmianę w założeniach prowadzenia walki elektronicznej. Zdolność do natychmiastowej identyfikacji źródeł emisji radiowej w pełnym zakresie spektrum, z dokładnością pozwalającą na rozróżnienie kierunku poziomego i pionowego, daje operatorom możliwość selektywnego zakłócania łączności przeciwnika czy aktywności jego sensorów przy jednoczesnej ochronie własnych kanałów komunikacyjnych.
Jednocześnie, jak odnotowano, kwantowe metody detekcji wykazują odporność na klasyczne techniki maskowania i zakłócania, co czyni je szczególnie atrakcyjnymi dla sił zbrojnych poszukujących niepodzielnej przewagi w domenie elektromagnetycznej. A od tej domeny zależy wygrana na polu bitwy, co jaskrawo unaoczniły (i dalej to czynią) konflikty ukraiński czy irański.