科學家們開發了一種「原子電視」,它使用雷射和原子雲來傳輸符合傳統 480i 分辨率(480 條水平線)標準的電視訊號。

但不要指望它會很快被安裝成為您的家庭娛樂的一部分。

該技術的關鍵是一個玻璃容器,裡面裝著由兩種顏色的雷射光束激發的氣態超大銣原子,進入所謂的瑞德堡狀態 (Rydberg state) ——當原子具有高能量水平時,電子會在離原子核更遠的軌道上運行。

這反過來又使原子更大、更伸展,而且還使它們對電磁場敏感——因此它們可以用作電視訊號接收器。研究人員之前對無線電訊號做了類似的操作。

美國國家標準與技術研究院 (NIST) 的電氣工程師 Chris Holloway 說:「我們想出了如何通過瑞德堡原子傳感器傳輸和接收影片。」

「我們基本上將 [a] 電玩遊戲編碼為訊號並用原子檢測它,輸出的訊號直接傳送到電視。」

原子雲首先使用無線電訊號進行準備。測量其對瑞德堡原子能量轉移的影響並作為參考點,然後加入影片訊號來調製原始訊號,並通過喇叭天線傳輸。

通過分析其中一束穿過原子的雷射光,科學家們提取影片訊號並將其轉換為適合螢幕大小的格式。該設置之前使用來自攝影機和電玩遊戲控制台的訊號進行了測試。

為了使該系統成功,該團隊必須使雷射光的大小恰到好處。隨著光束尺寸的變化,雷射與原子相互作用的時間也會發生變化,從而影響影片的頻寬。

研究人員在他們發表的論文中寫道:「雷射大小會影響原子留在相互作用體積中的平均時間,這與接收器的頻寬成反比。」

經過測試,該團隊發現,兩種雷射器的小光束直徑都小於 100 微米,在響應速度和能夠傳播顏色方面為最佳點。他們能夠獲得令人印象深刻的數據傳輸率,最高可達每秒 100 兆比特。

研究人員說,在未來,這些比率可能會進一步提高。 以現代標準來看,480i 的分辨率看起來相當模糊,但現在技術已經到位並且可以運作了,將能對其進行改善。

目前,原子接收器大約有餐桌那麼大,但在未來,它應該可以按比例縮小。這些設備可能比現有的接收器更小、更通用,並且不易受嘈雜環境的影響。

更重要的是,相同的原理最終可以用於玻璃、市售原子和標準光纖電纜。通過重新校準雷射器,接收器將能夠快速調整自身以接收音頻和影片訊號。

「你將可以不用再更換任何電子零件或使用不同的插座。」紐西蘭奧塔哥大學的物理學家 Amita Deb(未參與這項研究)告訴 New Scientist 雜誌。

該研究已發表在 AVS Quantum Science 上。

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參考資料:

  1. Nield, D., (28 August 2022). Using Jumbo-Sized Atoms And Tiny Lasers, Researchers Have Created ‘Atomic Television’. ScienceAlert
  2. Prajapati,N., Potunno, A. P., Berweger, S., Simons, M. T., Artusio-Glimpse, A. B., Voran, S. D., & Holloway, C. L., (2022). TV and video game streaming with a quantum receiver: A study on a Rydberg atom-based receiver’s bandwidth and reception clarity.  AVS Quantum Science
  3. 圖片來源:https://www.sciencealert.com/using-jumbo-sized-atoms-and-tiny-lasers-researchers-have-created-atomic-television
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