Naukowcy z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego opracowali optyczny teleskop czasowy zbierający sygnały przez rekordowo długi okres kilkudziesięciu mikrosekund. To wyjątkowe urządzenie, które pozwala na jednoczesny odbiór i analizę wielu blisko leżących zakresów częstotliwości optycznych.
Optyczny teleskop czasowy skonstruowali i przetestowali doktoranci z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego pod kierunkiem dr. hab. Wojciecha Wasilewskiego z Centrum Optycznych Technologii Kwantowych (QOT). Jak podano w komunikacie FUW, teleskop czasowy jest szczególnym urządzeniem optycznym, które pozwalana jednoczesny odbiór i analizę wielu blisko leżących zakresów częstotliwości optycznych (kanałów). Urządzenie pozwala rozdzielać sygnały optyczne tak bliskie w częstotliwości jak stacje radiowe UKF FM (0,1MHz).
„Powstałe w innych grupach na świecie teleskopy czasowe uzyskują dotychczas rozdzielczość milion razy mniejszą i są dostosowane do szerokopasmowych sygnałów emitowanych przez urządzenia optyczne bazujące głównie na ciele stałym. Teleskop opracowany na Uniwersytecie Warszawskim operuje w zupełnie innym reżimie, co sprawia, że może on rejestrować sygnały emitowane przez systemy bazujące np. na gazach atomowych, pojedynczych jonach czy prężnie rozwijających się w ostatnich czasach układach opto-mechanicznych, co dotychczas było niemożliwe” - czytamy w komunikacie prasowym opublikowanym na stronach internetowych Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego.
W komunikacie zaznaczono także, że opracowane urządzenie przekracza tysiąckrotnie możliwości spektrometrów optycznych, które zazwyczaj nie pozwalają na jednoczesny odbiór więcej niż jednego kanału. Tak doskonałe rezultaty uzyskano odpowiednio programując skonstruowaną przez twórców pamięć kwantową. „Praca zaczęła się od analizy zasad działania wspólnych dla wielokanałowego radia i teleskopu optycznego, gdyż oba te urządzenia realizują transformatę Fouriera, chociaż w zupełnie innym zakresie częstotliwości. Wiele powszechnie dostępnych urządzeń pozwala obserwować spektrum muzyczne w trakcie odtwarzania piosenek, gdzie słupki obrazujące siłę poszczególnych zakresów fal akustycznych są obliczane przez komputer przy wykorzystaniu wspomnianej transformaty. Działa ona w obie strony – możemy rozłożyć dźwięk na tony składowe albo złożyć akord z poszczególnych tonów, imitując grę na fortepianie" - informuje FUW.
Zastosowana metoda transformaty Fouriera sygnałów optycznych jest odwracalna – podkreślono w komunikacie. Pozwala to na odbieranie poszczególnych kanałów niezależnie, co jest ważne w niektórych protokołach komunikacyjnych korzystających z wielu kanałów jednocześnie. Opracowany przez warszawskich naukowców unikalny schemat może zostać zastosowany jako odbiornik w protokołach przesyłania informacji kwantowej, czyli docelowo na przykład w kryptografii kwantowej, gdzie wykorzystanie wielu kanałów podnosi prędkość przesyłu. Innym potencjalnym zastosowaniem, jak wskazano w informacji, jest odbieranie danych z bardzo odległych satelitów nadających sygnały optyczne. Dzięki nadzwyczajnej charakterystyce opisywanego odbiornika, można by go także użyć do praktycznej realizacji niedawno zaproponowanych przez teoretyków nadzwyczaj wyrafinowanych schematów kodowania optycznego, co również mogłoby w sposób znaczący podnieść prędkość odbioru zakodowanej informacji.
Praca powstała na unikalnej w skali świata pamięci kwantowej, skonstruowanej całkowicie na Uniwersytecie Warszawskim. Badania obejmowały rozbudowę układu optycznego, precyzyjną weryfikację współdziałania podzespołów w szeregu pomiarów testowych, opracowanie koncepcji nowego eksperymentu poprzez symulacje teoretyczne, dopasowanie parametrów do rzeczywistego eksperymentu, poszukiwanie reżimu, w którym nowy schemat działa jak najlepiej i na końcu ostateczne pomiary i wykreślenie otrzymanych wyników w syntetycznej formie, odpowiadającej modelom teoretycznych. Jak podkreślono w komunikacie, opracowany schemat nie jest podobny do żadnego znanego wcześniej.
Nad urządzeniem pracowano w grupie Laboratorium Pamięci Kwantowych. W badaniach udział wzięło dwóch doktorantów, magistrant i niedawno wypromowany doktor przy wsparciu kierownika laboratorium. Dodatkowo zespołowi pomagali dwaj studenci elektroniki. Publikacja naukowa dotycząca optycznego teleskopu czasowego ukazała się na łamach pisma „OSA Publishing”.
Źródło: FUW, fot. Wydział Fizyki UW/ Mateusz Mazelanik. Zdjęcie chmury atomów rubidu-87 stanowiącej najważniejszy element pamięci kwantowej użytej do demonstracji teleskopu czasowego
