Infleqtion, расположенная в штате Колорадо, США, считает, что первый значительный квантовый прорыв, который найдет практическое применение, произойдет не в сфере создания вычислительных машин будущего, а в радиочастотном зондировании. Эта технология является основой для работы GPS, радаров, беспроводной связи, авиационной навигации и военной разведки. Недавно компания продемонстрировала принципиально новый атомный метод обнаружения радиосигналов, названный Quantum Spectrum, который может потенциально заменить некоторые элементы традиционных антенных систем.
Внедрение данного подхода происходит на фоне растущей нестабильности глобальной радиочастотной обстановки. Правительства используют радиочастотные сигналы для навигации, коммуникации, выявления угроз, логистики, управления воздушным движением и функционирования критически важной инфраструктуры, однако теперь эти сигналы стали более уязвимыми для глушения, фальсификации, сокрытия и подавления. Ранее используемые радиочастотные системы базируются на антеннах и электронных компонентах, которые зачастую оптимизированы для работы в узком диапазозоне частот, что требует от специалистов разработки отдельных систем для различных диапазонов. Это приводит к сложностям, связанным с габаритами, энергопотреблением и надежностью, особенно в экстремальных условиях.
Infleqtion заявляет, что ее новая технология способна преодолеть многие существующие ограничения, применяя в качестве датчиков сами атомы. В основе этой системы лежат атомы Ридберга – атомы, электроны которых переведены в сильновозбужденные состояния посредством лазерного воздействия. В таком состоянии атомы демонстрируют повышенную чувствительность к электромагнитным полям, в частности, к радиоволнам. Вместо использования классической металлической антенны для приема сигнала, система применяет лазеры для отслеживания изменений, которые вносит входящая радиоволна в атомы. Затем эти изменения могут быть преобразованы в сведения о частоте, направлении и интенсивности сигнала.
Идея эта не является абсолютно новой: физики уже давно исследуют атомное радиочастотное зондирование, поскольку ридберговские атомы способны взаимодействовать с широким спектром частот. Однако создание надежного оборудования, пригодного для использования за пределами лабораторных условий, оказалось непростой задачей, поскольку квантовые системы крайне чувствительны к температуре, шуму и внешним воздействиям. По словам специалистов Infleqtion, их платформа Quantum Spectrum заменяет традиционное радиочастотное оборудование трехэтапным квантовым процессом: сначала лазеры переводят атомы в ридберговские состояния, затем радиоволны непосредственно взаимодействуют с этими атомами, а затем оптические системы регистрируют незначительные изменения в атомах и преобразуют их в полезную радиочастотную информацию.
Благодаря тому, что сами атомы функционируют как среда, способная воспринимать сигналы, один и тот же приемник потенциально может охватывать чрезвычайно широкий диапазон частот – от герц до терагерц – без использования нескольких антенных систем. Эта особенность, обеспечивающая широкую полосу пропускания, является ключевым преимуществом, поскольку традиционные приемники нередко сталкиваются с проблемами при одновременном отслеживании различных участков электромагнитного спектра. Там, где антенны оказываются неэффективными, атомы сохраняют свою функциональность, подчеркивают ученые. Специалисты из Infleqtion утверждают, что это позволит выявлять угрозы на более ранних стадиях, повысить эффективность работы в условиях радиопомех и улучшить распознавание скрытых или фальшивых сигналов.
Компания уже проводит тестирование технологии в рамках нескольких государственных программ в США, Великобритании и Австралии, создавая опытные образцы, осуществляя полевые испытания и адаптируя эти системы для последующего внедрения. В США исследователи сотрудничают с Армейской исследовательской лабораторией в рамках проекта Robust, Integrated Quantum Electromagnetic Receiver (RIQER), направленного на разработку портативной квантовой радиочастотной системы, которую военнослужащие смогут использовать в условиях, где недоступны или скомпрометированы сигналы GPS. В Великобритании компания возглавляет проект Quantum Direction Finding (QuDiFi) для точного определения направления, исходящего от радиосигналов, что позволит повысить эффективность навигации на дальние расстояния и отслеживания сигналов, особенно на низких частотах, где обычные антенны становятся громоздкими. В Австралии Infleqtion разрабатывает приемник Quantum-Optimized Broadband Rydberg Atom (QOBRA), объединяющий квантовое зондирование с алгоритмами искусственного интеллекта, которые автоматически настраивают систему для достижения максимальной чувствительности и пропускной способности.
Компания также стремится преодолеть одну из ключевых сложностей, связанных с развитием квантовых технологий – их габариты. Многие квантовые системы требуют использования массивных лазеров и оптических приборов, что ограничивает их применение за пределами лабораторных условий. Infleqtion утверждает, что интеграция фотоники позволит значительно сократить размеры оборудования, поскольку лазеры и фотоника составляют более 90 процентов от общего размера и стоимости современных квантовых систем.
Несмотря на громкие заявления относительно Quantum Spectrum, остаются нерешенные вопросы. Компания представила прототипы и продемонстрировала поддержку государственных программ, однако публично не доказала, что атомные приемники последовательно и надежно превосходят традиционные радиочастотные системы в практических условиях. Научные исследования ридберговского атомного зондирования ведутся уже длительное время, поэтому последнее объявление, скорее, является этапом на пути к коммерческому применению, чем принципиально новым научным открытием. Помимо этого, существуют технические сложности: квантовые датчики отличаются высокой чувствительностью, однако поддержание их стабильной работы за пределами лабораторных условий остается сложной задачей из-за вибраций, температурных колебаний, внешних помех и сложности лазерных систем. Таким образом, на текущий момент Quantum Spectrum представляет собой технологию, находящуюся на ранней стадии развития, но, в случае успешной реализации, она способна оказать значительное влияние на различные области, включая навигацию без использования GPS, надежную связь, обнаружение беспилотных летательных аппаратов, радиоэлектронную борьбу и телекоммуникации нового поколения.