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新型电视竟用不带电的原子传数据,速率100Mb/s可直播打游戏

量子位

2022-09-27 12:20北京

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Pine 发自 凹非寺
量子位 | 公众号 QbitAI

不带电的原子也可以用来传输视频了!

不受电场、磁场的影响,能传输信号?

没错,不仅如此,这个“原子电视”还能实现实况传输,甚至可以用来打游戏

话不多说,看效果!

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这是美国国家标准研究所(NIST)开发出的“原子电视”,能够使用激光和原子云接收符合480i分辨率标准的视频传输。

研究成果已在《AVS量子科学杂志》上发表。

不同于传统的电子学,研究人员另辟蹊径,从原子入手来探究视频传输的新方法。

其开发出的基于原子的通信系统噪声容忍度更强,并且能够增强视频传输能力,更适合偏远地区或紧急情况下的无线电系统。

传输速率也达到了100兆每秒,这到底是怎样实现的?

原子得是高激发态

要了解“原子电视”的具体原理,得先搞明白其中的核心技术是什么?

这个项目的研究人员Chris Holloway道出了其中的“玄机”——Rydberg原子 (高激发态原子):

  • 通过Rydberg原子检测输入的信号,然后直接输给电视。

具体来说,在“原子电视”中,有一个装有气态铷原子的超大尺寸玻璃容器。

其中气态铷原子由两种不同颜色的激光激发为Rydberg态

被Rydberg化之后的铷原子能量变大,其中的电子进入高激发态,开始以比平常大得多的距离绕原子核旋转,换句话说,被激发后的铷原子膨胀变大了。

铷原子膨胀变大意味着其对包括无线电信号在内的电磁场更敏感,这样一来,“原子电视”的灵敏度也就提高了。

现在对于“原子电视”的核心技术已经略有了解,那在整个信号转换的过程中,这项技术是怎样发挥其作用的呢?

在讲“原子电视”之前,先简单了解下普通无线电接收器的原理。

普通无线电接收器在接收到电磁波信号后,通过通过变频、中频放大等电路对输入信号进行处理,以保持输出信号的稳定,然后将信号传给模拟数字转换器转换为视频。

而为“原子电视”设计的无线电接收器中,将传统的处理输入信号的各种电路替换为一个装有Rydberg化铷原子的玻璃容器。

经过调制后的载波信号会经过这个玻璃容器进行传输。

在玻璃容器中,调制的信号通过喇叭天线传输给原子,也就是说输入的信号会与Rydberg化铷原子相互作用,产生能量转移。

接下来通过探测其中能量的变化,将这个变化转换为输出信号,这些信号通过一个模拟数字转换器转换为视频图形阵列(VGA)格式,输入到电视机中。

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讲了这么多,也都是在纸上谈兵,具体效果到底如何呢?

传输速率极佳

研究团队利用原始载波信号作为参考,并与通过原子输出的最终视频进行比较,对系统进行一系列评估。

研究发现,激光光束的大小会影响原子在激光相互作用区的平均停留时间,而这个停留时间与接收器的带宽成反比。

也就是说光束越小,停留的时间越短,其产生的数据就越多,最终输出图形的清晰度和色彩度也就越好

从下图就能直观地看出,光束直径为85微米(100微米以内)时,允许色彩接收,并且分辨率也更高。

除此之外,小光束直径还能够提供很快的响应速度和色彩接收:数据传输速率达到了每秒100兆,对于打游戏、看视频或者普通家庭用网来说,绰绰有余了。

然而在研究过程中,“原子电视”只是用来传输480i清晰度的视频,远远不能满足我们已经习惯看“蓝光”的眼睛。

因此要真正走进生活,还有待进行更进一步的研究。

你觉得这个“原子电视”应用前景怎么样?

欢迎评论区留言~

参考链接:
[1]https://interestingengineering.com/innovation/atomic-television-that-transmits-live-video
[2]https://avs.scitation.org/doi/10.1116/5.0098057

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