'क्वांटम रेडियो' भूमिगत और पानी के नीचे के अंदर संचार और मैपिंग की सहायता कर सकता है

रिचार्ज: मीठे पानी की आपूर्ति और गुणवत्ता में सुधार (जुलाई 2019).

Anonim

नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ स्टैंडर्ड एंड टेक्नोलॉजी (एनआईएसटी) के शोधकर्ताओं ने दिखाया है कि क्वांटम भौतिकी उन स्थानों पर संचार और मानचित्रण को सक्षम कर सकती है जहां जीपीएस और साधारण सेलफोन और रेडियो विश्वसनीय रूप से काम नहीं करते हैं, यहां तक ​​कि घर के भीतर, शहरी घाटी में, पानी के नीचे और भूमिगत।

तकनीक दूसरों के बीच समुद्री, सैनिकों और सर्वेक्षकों की मदद कर सकती है। जीपीएस सिग्नल बहुत गहराई से या पानी, मिट्टी या भवन की दीवारों में प्रवेश नहीं करते हैं, और इसलिए, पनडुब्बियों या भूमिगत गतिविधियों जैसे सर्वेक्षण खानों द्वारा उपयोग नहीं किया जा सकता है। जीपीएस भी शहर गगनचुंबी इमारतों के अंदर अच्छी तरह से घर के अंदर या बाहर काम नहीं कर सकता है। सैनिकों के लिए, सैन्य या आपदा रिकवरी मिशन के दौरान मलबे या कई हस्तक्षेप विद्युत चुम्बकीय उपकरणों द्वारा घिरे वातावरण में रेडियो सिग्नल अवरुद्ध किए जा सकते हैं।

एनआईएसटी टीम निम्न आवृत्ति चुंबकीय रेडियो-बहुत कम आवृत्ति (वीएलएफ) के साथ डिजिटल रूप से मॉड्यूटेड चुंबकीय सिग्नल के साथ प्रयोग कर रही है-जो उच्च आवृत्तियों पर पारंपरिक विद्युत चुम्बकीय संचार संकेतों की तुलना में निर्माण सामग्री, पानी और मिट्टी के माध्यम से आगे यात्रा कर सकती है।

वीएलएफ विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र पहले से ही पनडुब्बी संचार में पानी के नीचे उपयोग किया जाता है। लेकिन ऑडियो या वीडियो के लिए पर्याप्त डेटा-ले जाने की क्षमता नहीं है, केवल एक तरफा ग्रंथ। सबमारियों को भी बोझिल एंटीना केबल्स को धीमा करना चाहिए, धीमा होना चाहिए और संचार के लिए पेरिस्कोप गहराई (सतह के नीचे 18 मीटर, या लगभग 60 फीट) तक बढ़ना चाहिए।

एनआईएसटी परियोजना के नेता डेव होवे ने कहा, "चुंबकीय रेडियो समेत बहुत कम आवृत्ति संचार वाले बड़े मुद्दे गरीब रिसीवर संवेदनशीलता और मौजूदा ट्रांसमीटरों और रिसीवरों की बेहद सीमित बैंडविड्थ हैं। इसका मतलब है कि डेटा दर ज़िलच है।"

"क्वांटम सेंसर का उपयोग करके सबसे अच्छी चुंबकीय क्षेत्र संवेदनशीलता प्राप्त की जाती है। बढ़ी हुई संवेदनशीलता सिद्धांत रूप से लंबी संचार सीमा तक जाती है। क्वांटम दृष्टिकोण सेलफोन जैसे उच्च बैंडविड्थ संचार प्राप्त करने की संभावना भी प्रदान करता है। हमें बैंडविड्थ को पानी के नीचे ऑडियो के साथ संवाद करने की आवश्यकता है अन्य मनाई वातावरण, "उन्होंने कहा।

उस लक्ष्य की ओर एक कदम के रूप में, एनआईएसटी शोधकर्ताओं ने डिजिटल चुंबकीय चुंबकीय सिग्नल का पता लगाने का प्रदर्शन किया, यानी डिजिटल चुंबक 0 और 1 से युक्त संदेश, चुंबकीय क्षेत्र सेंसर द्वारा जो रूबिडियम परमाणुओं के क्वांटम गुणों पर निर्भर करता है। एनआईएसटी तकनीक आवृत्ति को नियंत्रित या नियंत्रित करने के लिए चुंबकीय क्षेत्र बदलती है-विशेष रूप से, परमाणुओं द्वारा उत्पादित सिग्नल के तरंगों की क्षैतिज और ऊर्ध्वाधर स्थिति।

होवे ने कहा, "परमाणु बहुत तेज प्रतिक्रिया और बहुत अधिक संवेदनशीलता प्रदान करते हैं।" "शास्त्रीय संचार में बैंडविड्थ और संवेदनशीलता के बीच एक ट्रेडऑफ शामिल है। अब हम दोनों क्वांटम सेंसर के साथ मिल सकते हैं।"

परंपरागत रूप से, ऐसे परमाणु चुंबकमीटर प्राकृतिक रूप से होने वाले चुंबकीय क्षेत्रों को मापने के लिए उपयोग किए जाते हैं, लेकिन इस एनआईएसटी परियोजना में, उनका उपयोग कोडित संचार संकेत प्राप्त करने के लिए किया जा रहा है। भविष्य में, एनआईएसटी टीम बेहतर ट्रांसमीटर विकसित करने की योजना बना रही है। शोधकर्ताओं ने अपने परिणामों को वैज्ञानिक उपकरणों की समीक्षा में प्रकाशित किया है।

क्वांटम विधि परंपरागत चुंबकीय सेंसर प्रौद्योगिकी से अधिक संवेदनशील है और संवाद के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, हावे ने कहा। शोधकर्ताओं ने विद्युत चुंबकीय शोर को कम करने के लिए सिग्नल प्रोसेसिंग तकनीक का भी प्रदर्शन किया, जैसे इलेक्ट्रिकल पावर ग्रिड, जो अन्यथा संचार सीमा को सीमित करता है। इसका मतलब है कि रिसीवर कमजोर सिग्नल का पता लगा सकते हैं या सिग्नल रेंज बढ़ाया जा सकता है, होवे ने कहा।

इन अध्ययनों के लिए, एनआईएसटी ने एक प्रत्यक्ष-वर्तमान (डीसी) मैग्नेटोमीटर विकसित किया जिसमें ध्रुवीकृत प्रकाश चुंबकीय क्षेत्रों द्वारा प्रेरित रूबिडियम परमाणुओं के "स्पिन" को मापने के लिए एक डिटेक्टर के रूप में उपयोग किया जाता है। परमाणु एक छोटे गिलास कंटेनर में हैं। परमाणुओं की स्पिन दर में परिवर्तन डीसी चुंबकीय क्षेत्रों में एक आवेश के अनुरूप होते हैं, जो वैकल्पिक वर्तमान (एसी) इलेक्ट्रॉनिक सिग्नल, या प्रकाश डिटेक्टर पर वोल्टेज बनाते हैं, जो संचार के लिए अधिक उपयोगी होते हैं।

उच्च संवेदनशीलता के अलावा, इस तरह के "ऑप्टिकल पंप" मैग्नेटोमीटर, कमरे के तापमान के संचालन, छोटे आकार, कम बिजली और लागत, और कम हस्तक्षेप जैसे लाभ प्रदान करते हैं। इस प्रकार का एक सेंसर बहाव या अंशांकन की आवश्यकता नहीं होगी।

एनआईएसटी परीक्षणों में, सेंसर ने विशिष्ट परिवेश चुंबकीय क्षेत्र शोर की तुलना में काफी कमजोर संकेतों का पता लगाया। सेंसर ने 1 पिकोटेला (पृथ्वी की चुंबकीय क्षेत्र की ताकत का दस लाखवां) और 1 किलोहेट्ज़ (केएचजेड) से कम बहुत कम आवृत्तियों पर शक्तियों के साथ डिजिटल रूप से मॉड्यूटेड चुंबकीय क्षेत्र संकेतों का पता लगाया। (यह वीएलएफ रेडियो की आवृत्तियों से नीचे है, जो 3-30 केएचजेड फैलाता है और कुछ सरकारी और सैन्य सेवाओं के लिए उपयोग किया जाता है।) मॉड्यूलेशन तकनीकों ने परिवेश शोर और इसके हार्मोनिक्स, या गुणकों को प्रभावी ढंग से चैनल क्षमता में वृद्धि को दबा दिया।

शोधकर्ताओं ने संचार और स्थान-सीमा सीमा का अनुमान लगाने के लिए गणना भी की। एनआईएसटी परीक्षणों के इनडोर शोर पर्यावरण में मीटर के दसों के बराबर सिग्नल-टू-शोर अनुपात के अनुरूप स्थानिक सीमा थी, लेकिन अगर शोर को सेंसर के संवेदनशीलता स्तर तक कम किया गया तो सैकड़ों मीटर तक बढ़ाया जा सकता था। होवे ने कहा, "यह अब घर के अंदर क्या संभव है उससे बेहतर है।"

पिनपॉइंटिंग स्थान अधिक चुनौतीपूर्ण है। स्थान क्षमता में मापा अनिश्चितता 16 मीटर थी, जो 3 मीटर के लक्ष्य से काफी अधिक थी, लेकिन भविष्य में शोर दमन तकनीकों, बढ़ी सेंसर बैंडविड्थ और बेहतर डिजिटल एल्गोरिदम के माध्यम से इस मीट्रिक में सुधार किया जा सकता है जो दूरी माप को सटीक रूप से निकाला जा सकता है, हावे ने समझाया।

प्रदर्शन को और बेहतर बनाने के लिए, एनआईएसटी टीम अब कस्टम क्वांटम मैग्नेटोमीटर का निर्माण और परीक्षण कर रही है। एक परमाणु घड़ी की तरह, डिवाइस परमाणुओं के आंतरिक ऊर्जा के स्तर के साथ-साथ अन्य गुणों के बीच स्विच करके सिग्नल का पता लगाएगा, हावे ने कहा। शोधकर्ताओं को सेंसर संवेदनशीलता को बढ़ावा देने, शोर को अधिक प्रभावी ढंग से दबाने, और सेंसर की बैंडविड्थ का उपयोग करके कुशलतापूर्वक और कुशलता से कम आवृत्ति चुंबकीय क्षेत्र संकेतों की सीमा का विस्तार करने की उम्मीद है।

एनआईएसटी रणनीति के लिए एक पूरी तरह से नया क्षेत्र आविष्कार करने की आवश्यकता है, जो क्वांटम भौतिकी और कम आवृत्ति चुंबकीय रेडियो को जोड़ती है, होवे ने कहा। टीम ट्रांसमीटर और रिसीवर के बीच के समय को बेहतर बनाने और मौजूदा बैंडविड्थ सीमाओं को पार करने के लिए क्वांटम भौतिकी का उपयोग करने के तरीके का अध्ययन करने के लिए कम शोर ऑसीलेटर विकसित करके संवेदनशीलता बढ़ाने की योजना बना रही है।

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