Компания Infleqtion обещает революцию в радиосвязи с помощью квантовых датчиков, устойчивых к глушению и подделке сигналов

Компания Infleqtion, базирующаяся в Колорадо, США, сделала ставку на то, что первый крупный квантовый прорыв, который достигнет реального мира, произойдет не в области футуристических компьютеров, а в радиочастотном зондировании — технологии, лежащей в основе GPS, радаров, беспроводной связи, авиационной навигации и военной разведки. Компания недавно представила новый атомный подход к обнаружению радиосигналов, получивший название Quantum Spectrum, который потенциально может заменить части традиционных антенных систем.

Этот новый подход появляется в то время, когда глобальная радиочастотная среда становится все более хаотичной. Каждое правительство полагается на радиочастотные сигналы для навигации, связи, обнаружения угроз, перемещения товаров, управления воздушным пространством и работы критически важной инфраструктуры, однако теперь эти сигналы стало легче глушить, подделывать, скрывать и подавлять. Традиционные радиочастотные системы полагаются на антенны и электронное оборудование, которые часто оптимизированы для ограниченных диапазонов частот, что вынуждает инженеров создавать отдельные системы для разных диапазонов. Это порождает проблемы с размером, энергопотреблением и надежностью, особенно в сложных условиях.

Infleqtion утверждает, что ее новый подход может обойти многие из этих ограничений, используя сами атомы в качестве датчиков. В основе системы лежат атомы ридберга — атомы, чьи электроны с помощью лазеров переведены в крайне возбужденные состояния. В таких состояниях атомы становятся чрезвычайно чувствительными к электромагнитным полям, включая радиоволны. Вместо использования традиционной металлической антенны для захвата сигнала система использует лазеры, чтобы отслеживать, как входящие радиоволны возмущают атомы. Затем эти возмущения могут быть преобразованы в информацию о частоте, направлении и силе сигнала.

Сама идея не совсем нова: физики годами изучали атомное радиочастотное зондирование в лабораториях, поскольку ридберговские атомы могут естественным образом взаимодействовать с очень широким диапазоном частот. Однако превращение этого квантового явления в надежное оборудование, пригодное для использования вне контролируемых лабораторных условий, оказалось сложной задачей, поскольку квантовые системы очень чувствительны к теплу, шуму и внешним помехам. По словам исследователей Infleqtion, их платформа Quantum Spectrum заменяет традиционное радиочастотное оборудование трехэтапным квантовым процессом: сначала лазеры возбуждают атомы до ридберговских состояний, затем входящие радиоволны напрямую взаимодействуют с этими атомами, и наконец оптические системы считывают крошечные атомные изменения и преобразуют их в полезную радиочастотную информацию.

Поскольку сами атомы выступают в роли чувствительной среды, один и тот же приемник теоретически может работать в огромном диапазоне частот — от герц до терагерц — без необходимости в нескольких антенных системах. Эта широкополосная возможность является одним из самых важных заявлений, потому что обычные приемники часто испытывают трудности при попытке одновременного мониторинга многих частей спектра. Там, где антенны выходят из строя, атомы — нет, добавляют исследователи. Команда Infleqtion утверждает, что это может позволить более раннее обнаружение угроз, лучшую производительность в условиях радиопомех и улучшенную идентификацию скрытых или поддельных сигналов.

Компания уже тестирует технологию через несколько государственных программ в США, Великобритании и Австралии, создавая прототипы, проводя полевые испытания и адаптируя эти системы для реального развертывания. В США исследователи работают с Армейской исследовательской лабораторией над проектом Robust, Integrated Quantum Electromagnetic Receiver (RIQER), цель которого — создать портативную квантовую радиочастотную систему, которую солдаты потенциально смогут использовать в средах, где сигналы GPS недоступны или подвергаются атакам. В Великобритании компания руководит проектом Quantum Direction Finding (QuDiFi) для точного определения направления, откуда исходят радиосигналы, что может улучшить дальнюю навигацию и отслеживание сигналов, особенно на низких частотах, где традиционные антенны становятся слишком большими. В Австралии Infleqtion разрабатывает приемник Quantum-Optimized Broadband Rydberg Atom (QOBRA), который сочетает квантовое зондирование с алгоритмами искусственного интеллекта, автоматически настраивающими систему для лучшей чувствительности и пропускной способности.

Компания также пытается решить одну из самых больших проблем квантовой технологии — размер. Многие квантовые системы зависят от громоздких лазеров и оптического оборудования, что делает их непрактичными вне лабораторий. Infleqtion заявляет, что интегрированная фотоника может радикально уменьшить оборудование, поскольку более 90 процентов размера и стоимости современных квантовых систем приходится на лазеры и фотонику.

Несмотря на смелые заявления о Quantum Spectrum, остаются важные вопросы. Компания продемонстрировала прототипы и поддерживаемые государством программы, но не продемонстрировала публично, что атомные приемники стабильно превосходят обычные радиочастотные системы в реальных условиях. Кроме того, ученые изучают ридберговское атомное зондирование в течение многих лет, так что последнее объявление, похоже, является скорее шагом в направлении коммерциализации, чем совершенно новым научным прорывом. Существуют также технические препятствия: квантовые датчики очень чувствительны, но поддержание стабильности вне лабораторий остается трудным из-за вибраций, тепла, внешнего шума и сложности лазерных систем. Так что на данный момент Quantum Spectrum остается амбициозной технологией ранней стадии, но нет сомнений, что она может иметь серьезные последствия в случае успеха, включая навигацию без GPS, устойчивую связь, обнаружение дронов, радиоэлектронную борьбу и телекоммуникации следующего поколения.