Американские инженеры начали первые испытания сверхпроводящих квантовых датчиков, которые должны улавливать радиосигналы без громоздких антенн. Первые образцы проверяют в лаборатории в Южной Австралии, а разработчики рассчитывают со временем получить компактные приёмники для радиоэлектронной разведки, связи и других задач, где крупные антенны занимают слишком много места.
Вместо металлической антенны новая система следит за тем, как радиоволна меняет движение электронов в сверхпроводящем материале. Высокочувствительная схема фиксирует крошечные изменения и преобразует отклик в данные о принятом сигнале. Разработчики рассчитывают таким способом обнаруживать слабые сигналы и точнее разбирать сложную радиообстановку, где одновременно работают множество передатчиков.
Главная ставка сделана на размеры. Чем ниже частота радиосигнала, тем длиннее его волна, поэтому эффективные классические антенны часто приходится делать крупнее. Инженеры SwRI утверждают, что размеры квантового датчика напрямую от частоты не зависят, а одна компактная система потенциально сможет работать в чрезвычайно широком диапазоне от килогерц до терагерц.
Разброс выглядит особенно впечатляюще, но пока его не стоит воспринимать как характеристику готового серийного приёмника. Исследователи только начали практические проверки и оценили отдельные параметры экспериментальных датчиков. Публичных сравнительных испытаний, которые показали бы чувствительность, дальность и качество приёма во всём заявленном диапазоне на фоне современных антенных систем, разработчики пока не представили.
Основой экспериментальных устройств служит SQUID – сверхпроводящий квантовый интерференционный прибор, способный регистрировать чрезвычайно слабые изменения электромагнитных величин. Подобные датчики давно используют в научных измерениях, но теперь исследователи пытаются приспособить сверхчувствительную технологию для анализа радиосигналов.
Материалы для таких приборов выращивают методом молекулярно-лучевой эпитаксии, нанося структуру практически атомный слой за атомным слоем. Полученные сверхпроводящие элементы приходится охлаждать примерно до −269 °C, почти до абсолютного нуля. Только при столь низкой температуре материал приобретает свойства, необходимые для работы нынешних образцов.
Глубокое охлаждение одновременно остаётся главным препятствием на пути к практическим устройствам. Громоздкая криогенная система легко сведёт на нет преимущество компактного датчика, поэтому исследователи экспериментируют с новыми структурами материалов и пытаются поднять рабочую температуру SQUID. Чем меньше энергии и оборудования потребуется для охлаждения, тем реальнее станет установка подобных приёмников на самолёты, корабли и другую технику с жёсткими ограничениями по массе, объёму и энергопотреблению.
Работа рассчитана на три года. За это время команда намерена проверить сами датчики, методы обработки принятого сигнала и возможные сценарии применения. Пока технология находится на ранней стадии: разработчики не называют сроков появления серийных устройств и не утверждают, что квантовые датчики уже готовы заменить обычные антенны. Первые испытания должны показать, насколько лабораторные преимущества сверхпроводников сохранятся в реальной радиообстановке.
