การวัดทางไฟฟ้าเชิงควอนตัม

 

สภาพการเกิดขั้ว (Polarizability) และ ไดโพลโมเมนต์ทางไฟฟ้า (electric dipole moment) ของสถานะริดเบิร์ก (Rydberg state) ที่ระดับ n7 และ n2 มีความไว (sensitive)อย่างสูงต่อสนามไฟฟ้า

 

การประยุกต์ใช้ด้านการป้องกันและความปลอดภัย

 

เครื่องรับสัญญาณวิทยุควอนตัม

 

ริดเบิร์กอะตอม (Rydberg atom) มีคุณสมบัติของการถูกกระตุ้นในสถานะสูง (highly excited)  เป็นระบบทางควอนตัมมีความไวอย่างยิ่งหยวด ซึ่งคุณสมบัตรเด่นดังกล่าวของ ริดเบิร์กอะตอมนี้ สามารถนำไปสู่การก้าวพ้นขีดจำกัดต่างๆของ ระบบอิเล็กทรอนิกส์แบบดั้งเดิม ในแง่ของความจุของช่องสัญญาณการสื่อสาร ความไว และช่วงความถี่ ที่มีแนวโน้มเหนือกว่าเทคโนโลยีที่ใช้ในปัจจุบันข้อเสนอนี้เสนอการพัฒนาเซ็นเซอร์ (sensor) สนามไฟฟ้า แบบเคลื่อที่ได้และไม่สามารถตรวจจับได้ ที่สามารถทำงานได้ที่ช่วง สเปกตรัมความถี่ 0-100 GHz

 

เทคโนโลยีควอนตัม: คลื่นความถี่วิทยุ (Radio frequency: RF) ถูกนำมาใช้สำหรับ แม่เหล็กไฟฟ้าเหนี่ยวนำสภาวะโปร่งแสง (electromagnetically induced transparency: EIT) แล้วนำมาแยกเส้นสเปกตรัมออกจากการกันแบบสมมาตรเพื่อแปลง เส้นสเปกตรัมไปสู่การจับคู่ของ Autler-Townes splitting ที่แยกออกจากกันโดยตวามถี่ราบิ (Rabi frequency) อันเนื่องมาจากอันตรกิริยาระหว่าง Rydberg-RF ซึ่งแปรผันตรงกับความเข้มสนามไฟฟ้า RF (คลื่นพาห์)  ดังนั้น RF ของคลื่นพาห์ที่ความถี่ต่างกันจึงสามารถเข้าถึงได้โดยการเปลี่ยนแรงคู่ควบระหว่างสถานะ Rydberg และเลเซอร์ (ความเข้มสูง) ที่เกิดจากการปรับให้เข้าสู่สภาวะกระตุ้น

 

ผลกระทบทางตรงต่อสังคม: การตรวจจับ สัญญาณวิทยุ AM และ FM สัญญาณ บลูทูธ ไว-ไฟ และสัญญาณสื่อสารสำหรับภารกิจสำคัญชนิดต่างๆ

 

การใช้ประโยชน์อื่น ๆ: สเปกตรัมอนาไลเซอร์ริดเบิร์ก (Rydberg spectrum analyzer) การสื่อสารรูปแบบใหม่ สัญญาณ RF สำหรับใช้ทางภูมิศาสตร์ การรับรู้แถบความถี่ (spectrum awareness) และ การใช้งานในสนามรบที่มีความซับซ้อนทาง สนามแม่เหล็ก ไฟฟ้า

 

เทคโนโลยีควอนตัมทางเลือก: –

 

ระบบสนับสนุน: –

 

 

ภาพที่ 6 ตัวรับสันญาณควอนตัมย่านกว้างตั้งแต่ dc จนถึงที่ความถี่ 20 GHz สำหรับกองทัพ (ซ้ายมือ) การติดตั้งอุปกรณ์ต่างๆเพื่อสร้าง Rydberg atom เซนเซอร์ (ขวา) การทำงานของเครื่องรับสันญาณวิทยุควอนตัมโดยใช้ Rydberg atom  อ้างอิง: https://www.rtl-sdr.com/tag/quantum-radio/

 

การประยุกต์ใช้อุตสาหกรรมไมโครอิเล็กทรอนิกส์

 

การวิเคราะห์จุดบกพร่องในแผงวงจรไฟฟ้า

 

เซ็นเซอร์สนามไฟฟ้าเชิงริดเบิร์ก (Rydberg electric field sensor) เป็นเซนเซอร์เพียงชนิดเดียวที่มีความไวต่อแถบความถี่ย่านกว้าง* ที่ใช้งานสำหรับแผงวงจรนั้นๆในย่านต่างๆ แนวคิดใหม่นี้ถูกนำมาใช้สำหรับอุปกรณ์วัดทางไฟฟ้ารุ่นใหม่ เช่นภาพถ่ายการแผ่รังสีความร้อนที่ความถี่ต่ำ

 

*เปรียบเทียบกับ คริสตัลไฟฟ้า-แสง (electro-optic crystals) และ สายอากาศไดโพลที่ต่อกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ (dipole antenna-coupled passive electronics)

 

เทคโนโลยีควอนตัม: การเลื่อนพลังงานระหว่างสถานะริดเบิร์กสองสถานะ ที่เกิดจากการแผ่สนามแม่เหล็กไฟฟ้า สามารถนำมาประยุกติ์ใช้เป็นเครื่องมือวัดความสูง โดยอาศัยการแผ่สนามเลเซอร์คร่อมการเปลี่ยนระดับสถานะของอะตอม มีผลทำให้ ริดเบิร์กอะตอมชนิดปรับได้ที่ถูกวางเหนือวงจรไมโครเวฟสามารถตรวจจับความผิดปรกติของแผงวงจรในเชิงความร้อน ซึ่งในปัจจุบันอุปกรณ์ที่ใช้โดยทั่วไปไม่สามารถครอบคลุ่มทุกๆแถบความถี่ที่ใช้งาน

 

ผลกระทบทางตรงต่อสังคม: การซ่อมบำรุงเชิงทหาร, คุณลักษณะของอุปกรณ์ไมโครอิเล็กทรอนิกส์, บ่งบอกส่วนที่เสียหายก่อนระบบล่ม,  มอนิเตอร์สภาวะเครื่องจักร, วินิจฉัยและปรับค่าเหมาะสมของระบบอิเล็กทรอนิกส์

 

การใช้ประโยชน์อื่น ๆ: อุตสาหกรรมสัมพันธ์

 

เทคโนโลยีควอนตัมทางเลือก: –

 

ระบบสนับสนุน: –

 

 

ภาพที่ 7 สำหรับหน่วยซ่อมบำรุงทางการทหาร สนามไฟฟ้าที่เกิดจากเซ็นเซอร์ริดเบิร์กที่วางอยู่บนวงจรไมโครเวฟสามารถตรวจจับความผิดปรกติของแงวงจรคล้ายๆกับภาพความร้อนที่แสดงให้เห็น อ้างอิง: https://workswell-thermal-camera.com/pcb-inspection-by-thermal-imaging/