Во многих типах метрологического и радио-коммуникационного оборудования используются устройства, называемые синтезаторами сигналов. И, чем стабильней генерируемый ими сигнал, чем ближе его реальная форма к идеальной, тем более точные измерения можно производить с его помощью или передавать-принимать большее количество информации.
Однако, чем более большое качество работы обеспечивает синтезатор частот, тем более сложной является его схема, реализованная на традиционных электронных компонентах. Плюс к этому, такие синтезаторы требуют постоянной калибровки и рекалибровки с целью компенсации влияния температурных изменений.
Но недавно исследователи из американского Национального Института Стандартов и Технологий (National Institute of Standards and Technology, NIST), совместно с учеными из Колорадского университета в Боулдере, создали первый в своем роде квантовый синтезатор частот, генерирующий сигнал, мощностью выше -30 dBm, характеристики которого максимально очень и очень близки к идеальным.
Созданный исследователями программируемый квантовый синтезатор способен генерировать сигнал микроволнового диапазона. Точность формы сигнала составляет 22 мВ RMS на частоте 1.005 ГГц. Такая точность на целых 25 процентов превышает точность наилучших из существующих синтезаторов частот. Сам синтезатор представляет собой интегральную схему, размером 10 на 10 миллиметров, которая охлаждается до температуры в 4 Кельвина и на которой находится 4500 переходов Джозефсона. Все эти переходы соединены в схему генератора RF-JAWS (RF Josephson arbitrary waveform synthesizer), который подключен к четырем устройствам-диплексерам, состоящим из нескольких сверхпроводящих элементов.
Проведенные измерения показали, что созданный синтезатор да счет использования квантовых явлений способен генерировать сигнал практически идеальной формы с заданной амплитудой и частотой. А данная работа была выполнена в рамках курируемой NIST программы, целью которой является широкое внедрение квантовых технологий в различное оборудование и создание новых соответствующих стандартов.