新型电视竟用不带电的原子传数据，速率100Mb/s可直播打游戏

Pine 发自 凹非寺
量子位 | 公众号 QbitAI

不带电的原子也可以用来传输视频了！

不受电场、磁场的影响，能传输信号？

没错，不仅如此，这个“原子电视”还能实现实况传输，甚至可以用来打游戏。

话不多说，看效果！

这是美国国家标准研究所（NIST）开发出的“原子电视”，能够使用激光和原子云接收符合480i分辨率标准的视频传输。

研究成果已在《AVS量子科学杂志》上发表。

不同于传统的电子学，研究人员另辟蹊径，从原子入手来探究视频传输的新方法。

其开发出的基于原子的通信系统噪声容忍度更强，并且能够增强视频传输能力，更适合偏远地区或紧急情况下的无线电系统。

传输速率也达到了100兆每秒，这到底是怎样实现的？

原子得是高激发态

要了解“原子电视”的具体原理，得先搞明白其中的核心技术是什么？

这个项目的研究人员Chris Holloway道出了其中的“玄机”——Rydberg原子 （高激发态原子）：

• 通过Rydberg原子检测输入的信号，然后直接输给电视。

具体来说，在“原子电视”中，有一个装有气态铷原子的超大尺寸玻璃容器。

其中气态铷原子由两种不同颜色的激光激发为Rydberg态。

被Rydberg化之后的铷原子能量变大，其中的电子进入高激发态，开始以比平常大得多的距离绕原子核旋转，换句话说，被激发后的铷原子膨胀变大了。

铷原子膨胀变大意味着其对包括无线电信号在内的电磁场更敏感，这样一来，“原子电视”的灵敏度也就提高了。

现在对于“原子电视”的核心技术已经略有了解，那在整个信号转换的过程中，这项技术是怎样发挥其作用的呢？

在讲“原子电视”之前，先简单了解下普通无线电接收器的原理。

普通无线电接收器在接收到电磁波信号后，通过通过变频、中频放大等电路对输入信号进行处理，以保持输出信号的稳定，然后将信号传给模拟数字转换器转换为视频。

而为“原子电视”设计的无线电接收器中，将传统的处理输入信号的各种电路替换为一个装有Rydberg化铷原子的玻璃容器。

经过调制后的载波信号会经过这个玻璃容器进行传输。

在玻璃容器中，调制的信号通过喇叭天线传输给原子，也就是说输入的信号会与Rydberg化铷原子相互作用，产生能量转移。

接下来通过探测其中能量的变化，将这个变化转换为输出信号，这些信号通过一个模拟数字转换器转换为视频图形阵列（VGA）格式，输入到电视机中。

讲了这么多，也都是在纸上谈兵，具体效果到底如何呢？

传输速率极佳

研究团队利用原始载波信号作为参考，并与通过原子输出的最终视频进行比较，对系统进行一系列评估。

研究发现，激光光束的大小会影响原子在激光相互作用区的平均停留时间，而这个停留时间与接收器的带宽成反比。

也就是说光束越小，停留的时间越短，其产生的数据就越多，最终输出图形的清晰度和色彩度也就越好。

从下图就能直观地看出，光束直径为85微米（100微米以内）时，允许色彩接收，并且分辨率也更高。

除此之外，小光束直径还能够提供很快的响应速度和色彩接收：数据传输速率达到了每秒100兆，对于打游戏、看视频或者普通家庭用网来说，绰绰有余了。

然而在研究过程中，“原子电视”只是用来传输480i清晰度的视频，远远不能满足我们已经习惯看“蓝光”的眼睛。

因此要真正走进生活，还有待进行更进一步的研究。

你觉得这个“原子电视”应用前景怎么样？

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参考链接：
[1]https://interestingengineering.com/innovation/atomic-television-that-transmits-live-video
[2]https://avs.scitation.org/doi/10.1116/5.0098057