TV atômica usa átomos para transmitir ao vivo e a cores

Redação do Site Inovação Tecnológica - 31/08/2022

Átomos são energizados até um estado especial que permite que eles funcionem como um sistema de transmissão de TV, incluindo vídeos ao vivo e jogos.
[Imagem: NIST]

TV atômica

Pesquisadores do Instituto Nacional de Padronização e Tecnologia dos EUA vêm há alguns anos desenvolvendo um rádio atômico, no qual átomos funcionam como receptores para comunicações sem fios.

Depois de aprimorar suas antenas e deixarem o rádio atômico 100 vezes mais sensível, eles agora deram o passo seguinte: Transformaram o rádio atômico em uma TV atômica.

Sistemas de comunicação baseados em átomos têm interesse prático porque podem ser fisicamente menores e mais tolerantes a ruídos ambientais do que a eletrônica convencional. E a adição de recursos de vídeo pode aprimorar os sistemas de comunicação sem fios, por exemplo, em locais remotos ou situações de emergência.

Em sua demonstração, a equipe não apenas apresentou imagens ao vivo com qualidade aceitável, como também usou o sistema para jogar videogames.

"Nós agora estamos fazendo transmissão de vídeo e jogos quânticos, transmitindo videogames através dos átomos. Basicamente codificamos o videogame em um sinal e o detectamos com os átomos. A saída é alimentada diretamente na TV," disse Chris Holloway, coordenador da equipe.

Uma TV atômica pode parece futurística, mas o sistema é incrivelmente simples.
[Imagem: Nikunjkumar Prajapati et al. - 10.1116/5.0098057]

Transmissão de TV por átomos

Os átomos usados para transmissão e recepção de dados são previamente preparados em estados de alta energia, conhecidos como átomos de Rydberg, que apresentam uma extrema sensibilidade a campos eletromagnéticos, abrindo caminho para seu uso como antenas.

Embora no rádio atômico a equipe viesse usando átomos de césio, agora eles preferiram os mais tradicionais átomos de rubídio, que são energizados por duas cores diferentes de laser.

Os lasers elevam o elétron do átomo de Rydberg para um estado altamente energizado, o que o faz orbitar o núcleo a uma distância muito grande, mas sem se desprender dele - portanto, sem ionização. Com isto, o átomo de Rydberg fica com um raio enorme, na faixa de centenas de nanômetros. E é esse grande raio - mais de 1.000 vezes o raio de um átomo normal - que o deixa altamente sensível aos campos eletromagnéticos.

Para receber o vídeo, um sinal de rádio estável é aplicado ao recipiente de vidro cheio de átomos, fazendo com que as mudanças de energia nos átomos de Rydberg modulem esse sinal portador. A saída modulada é então ligada diretamente a um aparelho de televisão comum - um conversor analógico-digital transforma o sinal em um formato de matriz de gráficos de vídeo para exibição.

Para transmitir um sinal de vídeo ao vivo ou videogame, essa entrada é enviada a uma câmera de vídeo para modular o sinal da portadora original, que é então dirigido a uma antena corneta, como as usadas em transmissões de micro-ondas, direcionando a transmissão para os átomos.

A equipe teve que ajustar vários parâmetros para obter a melhor qualidade de imagem (coluna da direita).
[Imagem: Nikunjkumar Prajapati et al. - 10.1116/5.0098057]

Qualidade para jogos e internet

A equipe precisou ajustar as dimensões dos feixes de laser, as potências e os métodos de detecção para que os átomos pudessem receber os vídeos em formato padrão.

O tamanho do feixe de laser afeta o tempo médio que os átomos permanecem na zona de interação com a luz, e este tempo está inversamente relacionado com a largura de banda do receptor - ou seja, um tempo menor e um feixe menor produzem mais dados. Isso ocorre porque os átomos se movem para dentro e para fora da zona de interação, de modo que áreas menores resultam em uma "taxa de atualização" de sinal mais alta, logo, a uma melhor resolução.

Feixes de laser mais finos - menos de 100 micrômetros - geram menores tempo de respostas e melhor recepção de cores. A TV atômica atingiu uma taxa de dados da ordem de 100 megabits por segundo, considerada uma excelente velocidade para videogames e internet doméstica.

Mas a equipe irá continuar trabalhando para aumentar a largura de banda e as taxas de dados do sistema.

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