ابتكر فيزيائيون من جامعة وارسو أول جهاز استقبال راديوي بصري بالكامل في العالم يعمل بضوء الليزر. ويمهد هذا التطور في تكنولوجيا الكم الطريق لإنشاء أجهزة استشعار مخفية وتحسين الاتصالات الفضائية، وهو ما يبدو واعدا للعلوم والتطبيقات العملية. يتم نشر النتائج في اتصالات الطبيعة.

الضوء بدلاً من المعدن

تحدى فريق بقيادة الدكتور ميشال بارنياك من قسم الفيزياء ومركز التقنيات البصرية الكمية التقاليد. لقد تخلوا عن الهوائيات المعدنية، واستبدلوها بذرات الروبيديوم في غرفة زجاجية مضاءة بثلاثة أشعة ليزر فائقة الدقة. لا يلتقط هذا الجهاز موجات الراديو فحسب، بل يقوم أيضًا بضبط نفسه والتقاط الإشارات الضعيفة ويظل غير مرئي لأجهزة الكشف الخارجية.

يوضح بارنياك: “لقد استبدلنا الهوائي والخلاط الإلكتروني بوسيط جديد، وهو نوع من الأضواء الشمالية الاصطناعية”.

يقوم الليزر بضبط ذرات الروبيديوم، مما يتسبب في قفز الإلكترونات إلى مدارات عالية تسمى حالات ريدبيرج – يبدو الأمر كما لو أن الذرات تتحول إلى أقمار صناعية مصغرة حساسة لموجات الراديو.

عندما تمر الإشارة عبر الحجرة، فإنها تغير حركة الإلكترونات قليلاً. وبالعودة إلى مدارات منخفضة، فإنها تبعث ضوءًا خافتًا من الأشعة تحت الحمراء يحمل معلومات مشفرة يقرأها الليزر بدقة متناهية.

كيف يعمل سحر الضوء

تعتمد أجهزة الراديو التقليدية على الدوائر الكهربائية والمعادن، لكن نهج وارسو يعتمد على فيزياء الكم. يقوم الليزر بمزامنة الذرات، وتعمل التجاويف الضوئية – الأنابيب المرآة – على تثبيت تردد الضوء. هذا أمر بالغ الأهمية: أدنى خلل في الإيقاع سوف يدمر الإشارة. حقق العلماء ذلك باستخدام غرف مفرغة ومرايا عاكسة 99,99%مما يجعل من الممكن قياس موجات الراديو حتى الضعيفة عن بعد. أظهرت الاختبارات أن الجهاز يلتقط إشارات أضعف 100 مرة من الهوائيات التقليدية.

التخفي والدقة

تتسبب الهوائيات المعدنية في حدوث تداخل، لكن جهاز الاستقبال هذا لا يحدث ذلك. كل ما يحتاجه هو بخار الروبيديوم والليزر وقذيفة محكمة الغلق. في المستقبل، يمكن اختزاله إلى نتوء على الألياف الضوئية: سينتقل الضوء عبر الألياف، وستعود إشارة الأشعة تحت الحمراء مرة أخرى. سيسمح ذلك بقياس الحقول على بعد عدة أمتار من المصدر دون الكشف عن نفسها. على سبيل المثال، يمكن لهذه المستشعرات مراقبة الطقس أو التجسس دون ترك أي أثر. كما أن دقة المعايرة مثيرة للإعجاب، حيث يقوم الجهاز نفسه بضبط الإعدادات، مما يسهل العمل في الفضاء أو على الأرض.

لقد عمل علماء وارسو على تحقيق ذلك لسنوات، من خلال تحسين الأساليب باستخدام ذرات ريدبيرج. وتتميز تقنيتهم ​​بمعاييرتها الذاتية وحساسيتها، مما يجذب معاهد القياس ووكالات الدفاع ووكالة الفضاء الأوروبية (ESA). منذ أوائل عام 2025، يتعاون فريق بارنياك مع وكالة الفضاء الأوروبية، ويخططون لإطلاق أجهزة استشعار كمومية على الأقمار الصناعية لقياس المجالات المغناطيسية أو التواصل مع الأرض. وهذا جزء من المشروع البولندي SONATA17 وبرنامج التقنيات البصرية الكمومية الذي يدعمه الاتحاد الأوروبي. ومع التكنولوجيا الجديدة، ستتمكن الأقمار الصناعية من نقل البيانات باستخدام الضوء، وتجاوز التداخل الناتج عن العواصف الشمسية. وتخطط وكالة الفضاء الأوروبية لإطلاق تجريبي في عام 2026.