Магнитная плёнка позволила создать новый способ защищённой передачи микроволновых сигналов
Исследователи Массачусетского технологического института разработали компактное устройство, способное при комнатной температуре формировать два сильно коррелированных радиочастотных сигнала. Такая технология может использоваться для защищённой беспроводной связи, помехоустойчивой передачи данных, высокоточной радиолокации и квантовых сенсорных систем.
До сих пор подобные коррелированные микроволновые сигналы обычно получали с помощью сверхпроводящих схем, работающих при чрезвычайно низких температурах. Для этого требуется громоздкое, дорогое и энергозатратное криогенное оборудование, что ограничивает практическое применение технологии.
Вместо сверхпроводников учёные MIT использовали магнитную плёнку, помещённую внутрь металлического микроволнового резонатора. При подаче микроволновой энергии магнитная система взаимодействует с электромагнитным полем резонатора и преобразует входной сигнал в два связанных сигнала с разными частотами.
В основе устройства лежат магноны — кванты возбуждений магнитной системы. Обычно при воздействии микроволнового сигнала образуются два коррелированных магнона с одинаковой частотой, из-за чего их трудно разделить и использовать по отдельности. Исследователи создали гибридную систему из магнонов и микроволновых фотонов, в которой два связанных сигнала получают разные частоты.
Хотя каждый сигнал по отдельности выглядит случайным, связь между их фазами сохраняется. Это позволяет использовать один сигнал для передачи информации, а второй — в качестве ключа для её восстановления. Исследователи продемонстрировали принцип работы, закодировав небольшое изображение в частоте одного микроволнового сигнала. Получатель смог восстановить изображение только с использованием второго, коррелированного сигнала.
Такая схема может повысить защищённость беспроводной связи, поскольку перехват одного из сигналов не позволяет восстановить переданную информацию без второго сигнала. Технологию также можно использовать для передачи данных в условиях сильных помех, когда приёмник сможет отделять полезную информацию от случайных сигналов, вмешивающихся в передачу.
Коррелированные микроволновые сигналы имеют значение и для квантовых симуляторов — систем, предназначенных для моделирования сложного поведения и взаимодействия субатомных частиц, которое трудно воспроизводить на обычных компьютерах. Работа при комнатной температуре потенциально позволяет сделать такие системы более компактными, дешёвыми и масштабируемыми.
Следующим этапом исследователи планируют разработать масштабируемую архитектуру устройства и изучить другие применения технологии. Среди возможных направлений они называют защищённую связь, квантовую радиолокацию, высокоточное измерение и обработку сигналов на основе корреляции.
Исследование в журнале Nature Electronics.