Ученые использовали облако ультрахолодных атомов в качестве принимающей антенны для радиосигнала AM- и FM-диапазонов, создав таким образом своеобразное квантовое радио. Это дает возможность создания квантового радио — безопасной системы передачи данных, устойчивой к подслушиванию. Результаты изложены на сервере препринтов arXiv.org.

В 1877 году Томас Алва Эдисон пропел американскую детскую песню «Mary Had a Little Lamb» и записал свой голос на фонограф, сделав таким образом первую в истории звукозапись. В этом случае звук записывался при помощи иглы, которая создавала текстуру, то есть меняла расположение большого количества атомов алюминия на обернутой вокруг цилиндра фольге. В новой работе сотрудники Мичиганского университета (США) смогли записать и воспроизвести радиосигнал с этой песней при помощи облака холодных атомов.

Ученые использовали так называемые ридберговские атомы — высоковозбужденные квантовые состояния, когда один или несколько внешних электронов находятся на большом отдалении от ядра и других электронов. В зависимости от типа исходных атомов, резонансы у такой системы могут быть на разных частотах. Физики использовали цезий, резонансы атомов которого находятся в радиочастотном диапазоне, благодаря чему они становятся чрезвычайно чувствительны к изменению электромагнитного поля на таких частотах. Более того, взаимодействие меняет их состояние, которое затем можно измерить, восстановив информацию, исходно содержащуюся в радиосигнале.

Благодаря этому физики создали радиоприемник, заменив традиционную антенну на облако ридберговских атомов цезия в стеклянном сосуде размером около сантиметра. Они продемонстрировали работоспособность установки, записав и воспроизведя с ее помощью радиосигналы двух типов: с амплитудной модуляцией звука (AM) и частотной модуляцией (FM). Для работы системы ее состояние нужно измерять в режиме реального времени методами квантовой оптики. Это означает, что никакой стандартной электроники для демодуляции сигнала не нужно, что делает устройство чрезвычайно устойчивым к внешним помехам. На данный момент диапазон передаваемых звуковых частот меньше, чем у радиоприемников, но физики планируют расширить возможности своей установки.