— Titima Ongkantong / Shutterstock.com

Développé par des chercheurs de l’armée américaine, ce dispositif quantique pourrait permettre aux soldats de détecter les signaux de communication sur l’ensemble du spectre des fréquences radio, s’étalant de 0 à 100 GHz.

« Ces nouveaux capteurs disposent d’une taille très réduite les rendant pratiquement indétectables »

En 2018, les scientifiques de l’US Army avaient été les premiers au monde à proposer un récepteur quantique utilisant des atomes de Rydberg, excités et ultra-sensibles, afin de détecter les signaux de communication. Récemment, le physicien David Meyer et ses collègues du laboratoire de recherche et développement de l’armée américaine ont mesuré la capacité, ou débit de transmission des données, du canal du récepteur, et obtenu des résultats impressionnants. Leurs travaux ont été présentés dans la revue Journal of Physics B : Atomic, Molecular and Optical Physics.

« Ces nouveaux capteurs disposent d’une taille très réduite les rendant pratiquement indétectables, ce qui offre aux soldats un avantage certain sur le terrain », explique Meyer. « Les capteurs basés sur les atomes de Rydberg n’ont été envisagés que récemment pour des applications générales de détection de champs électriques, y compris en tant que récepteurs de communication. Bien que les atomes de Rydberg soient connus pour être largement sensibles, une description quantitative de la sensibilité sur l’ensemble de la plage opérationnelle n’avait jamais été faite. »

Les atomes contenus dans la cellule en verre sont excités par des lasers afin de les rendre plus sensibles aux champs électriques (provenant de l’antenne dorée en arrière-plan). Pour obtenir une telle couverture spectrale avec un système de réception traditionnel, il faudrait utiliser plusieurs antennes, amplificateurs et autres composants individuels.

Des performances impressionnantes

Afin d’évaluer les applications potentielles, les scientifiques de l’armée ont effectué une analyse de la sensibilité du capteur Rydberg aux champs électriques oscillants sur une énorme gamme de fréquences (de 0 à 1012 Hertz). Les résultats obtenus montrent que le capteur Rydberg peut détecter de manière fiable des signaux sur l’ensemble du spectre et être comparé à d’autres technologies de capteurs de champs électriques établies, comme les cristaux électro-optiques et l’électronique passive couplée à une antenne dipôle.

« La mécanique quantique nous permet de connaître l’étalonnage et les performances ultimes du capteur à un très haut degré, et il est identique pour chaque capteur », avance Meyer, qui estime par ailleurs que « ces résultats constituent une étape importante pour déterminer comment ce système pourrait être utilisé sur le terrain ».

Ces travaux s’inscrivent dans la volonté de l’armée américaine de moderniser ses systèmes dédiés à la navigation, la synchronisation ou la géolocalisation de signaux radiofréquences. À l’avenir, les chercheurs exploreront différentes méthodes afin de continuer à améliorer la sensibilité du dispositif, dans l’optique de détecter des signaux encore plus faibles et d’étendre les protocoles de détection à des formes d’ondes plus complexes.

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