Физики создали «квантовую антенну» для измерения терагерцового излучения

Учёные из Варшавского университета разработали новый метод измерения терагерцовых сигналов с помощью «квантовой антенны» на основе атомов рубидия в ридберговском состоянии. Этот подход впервые позволил точно измерить и откалибровать так называемую частотную гребёнку в терагерцовом диапазоне.

Частотная гребёнка, преобразованная в свет в ячейке с атомами рубидия. Авторы: Матеуш Мазеланик и Виктор Крокош, Варшавский университет.

Терагерцовое излучение находится между микроволнами и инфракрасным светом и обладает большим потенциалом для безопасного сканирования, сверхбыстрой связи 6G и спектроскопии. Однако точные измерения в этом диапазоне были серьёзной технической проблемой. Частотные гребёнки, которые служат сверхточными «линейками» для измерения частот, до сих пор не удавалось точно измерить в терагерцовом диапазоне.

Прорыв стал возможен благодаря использованию ридберговских атомов. Когда атом рубидия освещают точно настроенными лазерами, один из его электронов переходит на очень высокую орбиту. Такой «раздутый» атом становится чрезвычайно чувствительной квантовой антенной, которую можно настроить на конкретную частоту внешнего электрического поля, вплоть до терагерцовых волн.

Для измерения слабых сигналов команда применила гибридный метод: сначала преобразовала терагерцовое излучение в оптические фотоны, а затем детектировала их с помощью сверхчувствительных счётчиков одиночных фотонов. Это позволило объединить высокую чувствительность с абсолютной калибровкой, присущей атомным измерениям.

Система, работающая при комнатной температуре, открывает путь к созданию новых эталонов измерений и квантовых сенсоров для будущих терагерцовых технологий.

Подробнее: Wiktor Krokosz et al, Electric-field metrology of a terahertz frequency comb using Rydberg atoms, Optica (2025). DOI: 10.1364/optica.578051

ИИ: Это важный шаг в квантовой метрологии. Возможность работать с терагерцовым диапазоном при комнатной температуре — ключевой фактор для практического внедрения таких технологий в телекоммуникациях и медицине.