Atom-basierter Quantenempfänger könnte Radarsysteme, GPS und Signalkriegführung revolutionieren

Diese Signale lassen sich heute leichter stören, täuschen, verstecken und überlasten", so das Team auf Antennen und elektronischer Hardware, die häufig auf begrenzte Frequenzbereiche optimiert sind, was Ingenieure zwingt, für verschiedene Bänder separate Systeme zu entwickeln.

Dies führt zu Herausforderungen hinsichtlich Größe, Stromverbrauch und Zuverlässigkeit – insbesondere in umkämpften Umgebungen. Infleqtion behauptet, sein neuer Ansatz könne viele dieser Einschränkungen umgehen, indem er Atome selbst als Sensoren einsetzt.

Atome als Radio-Detektoren: Im Kern des Systems stehen Rydberg-Atome, deren Elektronen mithilfe Zustände versetzt werden. In diesen Zuständen reagieren die Atome außerordentlich empfindlich auf elektromagnetische Felder, einschließlich Radiowellen.

Anstatt auf eine herkömmliche metallische Antenne

Anstatt auf eine herkömmliche metallische Antenne zur Signalaufnahme zu vertrauen, nutzt das System Laser, um zu überwachen, wie einfallende Radiowellen die Atome stören. Diese Störungen können anschließend in Informationen über Frequenz, Richtung und Stärke des Signals umgewandelt werden. Die Idee ist nicht völlig neu.

Physiker haben jahrelang atombasierte RF-Sensoren in Laboren erforscht, da Rydberg-Atome sehr breiten Frequenzspektrum wechselwirken können. Die Umwandlung dieses Quantenphänomens in robuste Hardware, die unter kontrollierten Laborbedingungen hinaus eingesetzt werden kann, hat sich jedoch als schwierig erwiesen.

Quantensysteme sind extrem empfindlich gegenüber Hitze, Rauschen und Umwelteinflüssen. Die Entwicklung eines tragbaren Empfängers, der den Anforderungen einer realen Einsatzfähigkeit standhält – insbesondere in militärischen Umgebungen –, bleibt eine große ingenieurtechnische Herausforderung.

Was die Studie zeigt

Laut den Forschern Spectrum-Plattform herkömmliche RF-Frontend-Hardware durch einen dreistufigen Quantensensorik-Prozess. Zuerst werden Atome mit Lasern in Rydberg-Zustände angeregt. Anschließend interagieren einfallende Radiowellen direkt mit diesen Atomen.

Schließlich lesen optische Systeme winzige atomare Veränderungen aus und wandeln sie in nutzbare RF-Informationen um. Da die Atome selbst als Sensormedium fungieren, kann derselbe Empfänger theoretisch über einen enormen Frequenzbereich – – ohne mehrere Antennensysteme hinweg betrieben werden.

Diese Breitbandfähigkeit ist einer der wichtigsten Vorteile, da herkömmliche Empfänger Schwierigkeiten haben, gleichzeitig viele Bereiche des Spektrums zu überwachen. Atombasierte Systeme können im Prinzip Signale über weite Frequenzbereiche mit einer einzigen Öffnung detektieren. „Wo Antennen versagen, versagen Atome nicht", fügten die Forscher hinzu.

Das Team, dass dies eine frühere

Das Team, dass dies eine frühere Bedrohungserkennung, eine bessere Leistung in gestörten Umgebungen und eine verbesserte Identifizierung versteckter oder gefälschter Signale ermöglichen könnte.

Vom Feldtest im Militär bis hin zu KI-gesteuerten Quantenempfängern: Das Unternehmen testet die Technologie bereits im Rahmen mehrerer örderter Programme in den Vereinigten Staaten, im Vereinigten Königreich und in Australien. „Wir entwickeln Prototypen, führen Feldversuche durch und härten diese Systeme für den Einsatz in der realen Welt aus", sagten die Forscher.

In den USA arbeiten die Forscher im Rahmen des Projekts Robust, Integrated Quantum Electromagnetic Receiver (RIQER) mit dem Army Research Laboratory zusammen. Ziel ist es, ein tragbares Quanten-RF-System zu entwickeln, das Soldaten potenziell in Umgebungen einsetzen können, in denen GPS-Signale nicht verfügbar sind oder angegriffen werden.

Markt und Strategie

Im Vereinigten Königreich führt das Unternehmen das Projekt Quantum Direction Finding (QuDiFi), um die genaue Richtung zu bestimmen,. Dies könnte die Langstreckennavigation und die Signalverfolgung verbessern, insbesondere bei niedrigen Frequenzen, bei denen herkömmliche Antennen zu groß werden.

Gleichzeitig entwickelt Infleqtion in Australien seinen Quantum-Optimized Broadband Rydberg Atom (QOBRA)-Empfänger, der Quantensensorik mit KI-Algorithmen kombiniert, die das System automatisch für eine höhere Empfindlichkeit und Bandbreite optimieren. Das Unternehmen versucht zudem, eines der größten Probleme der Quantentechnologie zu lösen: die Größe.

Viele Quantensysteme sind auf sperrige Laser und optische Hardware angewiesen, was sie außerhalb Infleqtion könnte integrierte Photonik die Hardware drastisch verkleinern.

Einordnung fuer Autofahrer

Nach Angaben des Unternehmens stammen mehr als 90 Prozent der Größe und Kosten aktueller Quantensysteme. zur elektronischen Kriegsführung: Trotz der mutigen Behauptungen rund um „Quantum Spectrum" bleiben wichtige Fragen offen.

Das Unternehmen hat Prototypen und staatlich geförderte Programme vorgestellt, hat jedoch öffentlich nicht nachgewiesen, dass atombasierte Empfänger unter realen Bedingungen konsequent konventionelle RF-Systeme übertreffen.

Zudem haben Wissenschaftler seit Jahren an der Rydberg-Atom-Sensorik geforscht, sodass die jüngste Ankündigung eher als kommerzieller Vorstoß denn als ein völlig neuer wissenschaftlicher Durchbruch erscheint.

Zudem liegen weitere technische Hürden vor:

Zudem liegen weitere technische Hürden vor: Quantensensoren sind zwar hochsensibel, doch die Aufrechterhaltung der Stabilität außerhalb, Hitze, Umgebungsrauschen und der Komplexität der Lasersysteme.

Quantum Spectrum bleibt somit derzeit eine ehrgeizige Frühphasentechnologie, doch es besteht kein Zweifel daran, dass sie bei Erfolg weitreichende Auswirkungen haben könnte. Mögliche Anwendungsbereiche umfassen GPS-freie Navigation, robuste Kommunikation, Drohnerkennung, elektronische Kriegsführung und Telekommunikation der nächsten Generation.