Zespół naukowców z Wydziału Fizyki UW oraz Centrum Optycznych Technologii Kwantowych przy Centrum Nowych Technologii UW opracował nową metodę pomiaru trudnych do uchwycenia sygnałów terahercowych przy pomocy „kwantowej anteny”. Badania zostały zrealizowane w ramach projektu Optyczne technologie kwantowe, a ich wyniki można przeczytać w czasopiśmie „Optica”.
Badania skupiły się na promieniowaniu terahercowym (THz), które stanowi fragment widma elektromagnetycznego położony na granicy świata elektroniki i optyki – pomiędzy mikrofalami wykorzystywanymi m.in. w technologiach Wi-Fi a promieniowaniem podczerwonym.
Obszar ten od lat przyciąga uwagę badaczy ze względu na swój wyjątkowy potencjał zastosowań: od bezpiecznego skanowania przesyłek bez użycia promieniowania rentgenowskiego, przez ultraszybkie systemy komunikacji nowej generacji (6G), po zaawansowaną spektroskopię i obrazowanie związków organicznych.
Mimo tych obiecujących perspektyw wykorzystanie promieniowania THz w dokładnych i bardzo czułych pomiarach nadal napotyka istotne bariery technologiczne. Choć w ostatnich latach dokonał się znaczący postęp w metodach wytwarzania i detekcji fal terahercowych, wciąż nie udało się osiągnąć precyzyjnego pomiaru grzebienia częstości w tym zakresie widma.
Kluczowym elementem badania są tzw. grzebienie częstości, uhonorowane Nagrodą Nobla w 2005 roku. Można je porównać do niezwykle precyzyjnej linijki zbudowanej z fal elektromagnetycznych. Tworzą one serię równomiernie rozmieszczonych częstotliwości, które pozwalają bardzo dokładnie wyznaczać i kalibrować nieznane sygnały. W zależności od zakresu widma wyróżnia się grzebienie radiowe, optyczne i terahercowe.
Szczególne zainteresowanie budzą grzebienie terahercowe, ponieważ umożliwiają precyzyjne pomiary w paśmie pośrednim między falami radiowymi a światłem, otwierając drogę do dokładniejszych badań i nowych zastosowań technologicznych.
Naukowcy z Wydziału Fizyki oraz Centrum Optycznych Technologii Kwantowych przy Centrum Nowych Technologii UW przezwyciężyli to ograniczenie i po raz pierwszy zmierzyli sygnał emitowany przez pojedynczy ząb grzebienia terahercowego za pomocą gazu atomów rubidu w stanie rydbergowskim – czyli atomów, w których jeden elektron pod wpływem oświetlenia odpowiednio dostrojonymi laserami zostaje wzbudzony na bardzo wysoką orbitę.
Projekt Optyczne Technologie Kwantowe (FENG.02.01-IP.05-0017/23) jest realizowany w ramach działania 2.1 Międzynarodowe Agendy Badawcze Fundacji na rzecz Nauki Polskiej współfinansowanego przez Unię Europejską ze środków 2. Priorytetu Programu Fundusze Europejskie dla Nowoczesnej Gospodarki 2021–2027 (FENG). Badania są też jednym z wyników projektów SONATA17 oraz PRELUDIUM23 finansowanych ze środków Narodowego Centrum Nauki.
