Ученые создали сверхчувствительный сенсор, который превращает даже сверхслабые радиосигналы в четко различимые оптические. Изобретение открывает огромные возможности по совершенствованию современной коммуникационной, астрономической и медицинской техники.

Физики из Института Нильса Бора Копенгагенского университета нашли способ не только обнаружить слабые радиоволны, но и непосредственно преобразовать их в оптические сигналы, которые могут передаваться по волоконно-оптическому кабелю. Это долгожданное открытие позволяет существенно повысить чувствительность детекторов, используемых в магнитно-резонансной томографии и радиоастрономии, а также соединить будущие квантовые компьютеры в ультрапроизводительную вычислительную сеть.

Сегодня для приема радиосигналов используются антенны, а для усиления – электронные схемы. В результате входящая радиоволна сначала взаимодействует с антенной, а потом с усилителями на основе транзисторов. Все эти компоненты вносят помехи в сигнал, из-за чего слабые сигналы теряются, а более сильные искажаются. Современные технологии приема сверхслабых сигналов требуют мощного охлаждения, чтобы уменьшить количество тепловых колебаний и, соответственно, электрического шума. Но даже у громоздких дорогих криогенных систем остается порог чувствительности, ниже которого радиосигналы неразличимы.

Новый тип радиоантенны преобразует в оптические сигналы даже самую слабую радиопередачу, неуловимую для современных электронных усилителей

Новое устройство преодолевает эти ограничения. Оно представляет собой мембрану из нитрида кремния толщиной менее 200 нм, покрытую алюминием и подвешенную над золотой пластиной. Когда антенна улавливает радиоволну, она создает колебательный электрический сигнал в цепи, который в свою очередь вызывает соответствующие колебания золотой и алюминиевой пластины. Микроскопические колебания мембраны улавливаются с помощью лазерного луча, поэтому точность приемника ограничена только квантовыми флуктуациями лазерного света. Тесты показывают, что шум от мембраны ничтожен: даже при комнатной температуре он в 100 раз ниже, чем у суперохлажденных электронных усилителей.

Новый тип приемника может найти применение в радиотелескопах, особенно космических, где криогенное охлаждение использовать затруднительно. Мембранный приемник сможет уловить даже самые крошечные флуктуации космического фонового излучения, более того, не исключено, что он впервые сможет услышать радиосигналы, посылаемые внеземной цивилизацией.

На Земле новое устройство также найдет массу применений, например в МРТ-сканировании сверхвысокого разрешения, а также в развивающихся областях квантовых вычислений и квантовой криптографии.

К сожалению, пока крошечная радиоантенна не готова к массовому производству, поскольку лабораторный образец надежно преобразует радиоволны в оптические сигналы лишь 0,8% времени работы. Однако разработчики уверены, что им удастся преодолеть это ограничение и создать полнофункциональное устройство.