– W projekcie QURA proponujemy zmianę paradygmatu: zamiast mierzyć fale za pomocą metalu, używamy atomów rydbergowskich, które pełnią rolę naturalnych i niezwykle czułych sensorów kwantowych – mówi prof. Michał Parniak z Wydziału Fizyki UW oraz Centrum Nowych Technologii UW, laureat prestiżowego Starting Grant Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych (ERC). Naukowiec, wraz z zespołem, opracuje czujniki kwantowe do pomiaru pól elektromagnetycznych w zakresie mikrofal, fal milimetrowych i terahercowych.
Prof. Michał Parniak z Wydziału Fizyki oraz Centrum Nowych Technologii UW otrzymał Starting Grant przyznany przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych (ERC, European Research Council) na realizację projektu Quantum Rydberg Antenna Systems (QURA, pol. Kwantowe rydbergowskie systemy antenowe).
Naukowiec, wraz z zespołem, planuje zbudować przełomowe czujniki kwantowe do pomiaru pól elektromagnetycznych w zakresie mikrofal, fal milimetrowych i terahercowych. Projekt ma na celu przekroczenie fundamentalnych ograniczeń szumowych i czułościowych klasycznej elektroniki poprzez użycie metod optyki kwantowej i fizyki atomowej.
Wysokość finansowania w ramach grantu ERC wynosi 2 mln euro.
– Dotychczasowa elektronika oparta na klasycznych metalowych antenach zbliża się do swoich fizycznych limitów czułości i pasma. W projekcie QURA proponujemy zmianę paradygmatu: zamiast mierzyć fale za pomocą metalu, używamy atomów rydbergowskich, które pełnią rolę naturalnych i niezwykle czułych sensorów kwantowych. Pozwala to na bezpośredni pomiar pól elektromagnetycznych z niespotykaną precyzją oraz zliczanie pojedynczych fotonów mikrofalowych w temperaturze pokojowej. To otwiera drzwi do technologii przełomowych w komunikacji 6G, radarach oraz astronomii – mówi prof. Michał Parniak, laureat grantu ERC.
Anteny kwantowe
Badacze będą analizować oddziaływanie fal elektromagnetycznych z gazami atomowymi wzbudzonymi do stanów rydbergowskich o olbrzymich momentach dipolowych. Wykorzystają metody optyki kwantowej i laserowej, takie jak detekcja superheterodynowa, przezroczystość indukowana elektromagnetycznie (EIT) oraz bezpośrednie zliczanie fotonów mikrofalowych. Badania będą prowadzone równolegle na komórkach z gorącą parą atomową oraz na ultrazimnych atomach schwytanych w pułapkach optycznych.
– Innowacyjność projektu polega na odejściu od klasycznych metalowych elementów odbiorczych na rzecz „anten kwantowych” opartych na zbiorczych wzbudzeniach atomowych. Pozwala to na osiągnięcie czułości na poziomie pojedynczych fotonów mikrofalowych w temperaturze pokojowej, bez konieczności chłodzenia kriogenicznego – podkreśla prof. Michał Parniak.
Projekt dostarczy nowej wiedzy z zakresu metrologii kwantowej i fizyki układów atomowych. Badacze planują stworzenie mobilnego kwantowego radiometru do pomiarów nieba oraz demonstratorów kwantowych macierzy antenowych gotowych do testów aplikacyjnych.
Efekty projektu mogą mieć w przyszłości zastosowania wdrożeniowe, które obejmą m.in.: sieci bezprzewodowe 6G o wysokiej przepustowości, ultra-czułe i trudne do wykrycia pasywne systemy radarowe, radiometrię kosmiczną, w tym precyzyjne pomiary mikrofalowego promieniowania tła, oraz interfejsy kwantowe do łączności w sieciach kwantowych.
Projekt potrwa pięć lat. Jego rozpoczęcie planowane jest na początku 2027 roku.
Prof. Michał Parniak z Instytutu Fizyki Doświadczalnej Wydziału Fizyki UW oraz Centrum Nowych Technologii UW jest liderem grupy badawczej Quantum Optical Devices Lab w Centrum Optycznych Technologii Kwantowych UW. Stopień doktora fizyki (2019) oraz doktora habilitowanego (2023) uzyskał z wyróżnieniem na Uniwersytecie Warszawskim.
Doświadczenie międzynarodowe zdobywał m.in. w ośrodku QUANTOP w Niels Bohr Institute na Uniwersytecie Kopenhaskim oraz w The Institute of Photonic Sciences (ICFO) w Hiszpanii. Jest laureatem m.in. Nagrody im. Franka Wilczka (2022), Nagrody im. Rubinowicza PTF (2023), Nagrody KCIK (2020), Nagrody Rektora im. Pieńkowskiego (2025), stypendium START FNP z wyróżnieniem oraz Diamentowego Grantu MNiSW.
Prof. Parniak kieruje licznymi projektami NCN oraz międzynarodowym projektem RYDAR przyznanym przez Europejską Agencję Kosmiczną (ESA). Jest autorem kilkudziesięciu publikacji w uznanych czasopismach naukowych (m.in. „Nature Physics”, „Nature Photonics”, „Nature Communications”, „Physical Review Letters”, „Optica”) oraz współtwórcą czterech udzielonych patentów.