Квантовые технологии обещают революцию в связи и радиолокации, но их внедрение долго сдерживалось суровыми техническими условиями: для работы большинства систем требовались экстремально низкие температуры и громоздкое охлаждающее оборудование. Исследователи из Массачусетского технологического института предложили решение, способное сделать такие технологии заметно практичнее.
Команда под руководством доцента Луцяо Лю создала компактное устройство, генерирующее высококоррелированные микроволновые сигналы при комнатной температуре. В основе разработки — магнитная пленка, помещенная в микроволновый резонатор (металлическую полость, удерживающую электромагнитную энергию). Система разделяет один входящий сигнал на два синхронизированных потока с разными частотами. Это важно для защищенной передачи данных: по отдельности сигналы выглядят как случайный шум, но их фазовые соотношения остаются строго связанными, и только парный сигнал может служить ключом для расшифровки информации.
"Сам по себе каждый сигнал выглядит случайным, но их фазовые соотношения остаются сильно коррелированными", - отметил Цююань Ван, аспирант кафедры электротехники и компьютерных наук Массачусетского технологического института и ведущий автор работы.
Для демонстрации возможностей платформы ученые закодировали небольшое изображение в частоте одного сигнала и успешно восстановили его с помощью парного сигнала. Такой принцип открывает перспективы для создания устойчивой к помехам связи и высокочувствительных радаров, способных выделять очень слабые сигналы даже на фоне сильных искажений.
В основе разработки — магнитная пленка, помещенная в микроволновый резонатор (металлическую полость, удерживающую электромагнитную энергию) Nature ElectronicsКлючевым достижением стало преодоление проблемы спектрального перекрытия: ранее генерируемые в магнитных системах связанные сигналы имели одинаковую частоту и не поддавались разделению. Исследователи использовали эффект отталкивания уровней, возникающий из‑за взаимодействия магнонов (частиц магнитной энергии) с микроволновыми фотонами, чтобы развести два магнона по частоте. Так появилась возможность использовать один сигнал для передачи, а другой — как ключ для декодирования.
В перспективе технология может лечь в основу квантовых симуляторов — устройств, моделирующих сложное поведение субатомных частиц. Такие симуляторы востребованы, например, при поиске новых лекарств и материалов. Работа опубликована в журнале Nature Electronics.
Новая платформа обещает не только снизить затраты и упростить масштабирование квантовых систем, но и расширить спектр их практического применения — от защищенной связи до интеллектуального зондирования. В ближайших планах команды — разработка масштабируемой архитектуры и изучение новых областей использования технологии.