Sensor Mengubah Gelombang Radio Menjadi Sinyal Laser


Nanomembran itu sendiri terbuat dari silikon nitrat dan dilapisi dengan lapisan tipis aluminium, karena harus ada zat logam untuk berinteraksi lebih baik dengan medan listrik. Membran dipisahkan dari lingkungan dengan ditutup dalam ruang vakum sehingga merespon seolah-olah telah didinginkan hingga dua derajat Kelvin (minus 271 C)

Nanomembran itu sendiri terbuat dari silikon nitrat dan dilapisi dengan lapisan tipis aluminium, karena harus ada zat logam untuk berinteraksi lebih baik dengan medan listrik. Membran dipisahkan dari lingkungan dengan ditutup dalam ruang vakum sehingga merespon seolah-olah telah didinginkan hingga dua derajat Kelvin (minus 271 C).

Fisikawan telah menemukan cara untuk mendeteksi gelombang radio redup dan mengubahnya secara langsung menjadi sinyal yang dapat ditransmisikan oleh serat optik. Penemuan ini dapat meningkatkan sensitivitas detektor yang digunakan dalam pencitraan resonansi magnetik dan astronomi radio, dan membantu menghubungkan komputer kuantum masa depan ke dalam jaringan.

Penerima gelombang radio menggunakan antena untuk menangkap radiasi. Gelombang yang masuk beresonansi dengan antena dan menginduksi sinyal listrik yang berubah, yang kemudian ditransmisikan melalui kabel. Sinyal radio yang redup harus ditingkatkan oleh amplifier listrik seperti transistor, yang menimbulkan fluktuasi noise - ekstra yang, ketika diperkuat, dapat membanjiri sinyal. Jumlah noise yang ada menetapkan batas sensitivitas detektor: Amplifier terbaik harus didinginkan secara super untuk mengurangi getaran termal yang menyebabkan kebisingan.

Sebuah tim yang dipimpin oleh fisikawan Eugene Polzik di Niels Bohr Institute dari University of Copenhagen kini telah menciptakan detektor yang dapat mengubah sinyal radio menjadi sinyal optik pada suhu kamar, tanpa harus melalui amplifikasi. Perangkat ini sudah sama sensitifnya dengan barang elektronik canggih, kata Polzik.

Naik dan turun
Kunci dari pendekatan ini, yang dijelaskan di Nature, adalah membran silikon nitrida setebal kurang dari 200 nanometer, dilapisi dengan aluminium dan digantung di atas piring emas. Ketika antena mengambil sinyal radio, itu menciptakan sinyal listrik berosilasi di sirkuit. Ini menghasilkan voltase yang bolak-balik antara aluminium dan emas, dan gaya elektrostatik yang menarik dan memukul mundur yang dihasilkan menyebabkan membran bergerak selaras dengan gelombang.

Perangkat mendeteksi gerakan ini dengan memantulkan laser dari membran dan mengukur bagaimana gerakan menggeser gelombang cahaya laser, jelas rekan penulis Albert Schliesser, yang juga seorang ahli fisika di Niels Bohr Institute. Sinyal laser ini dapat dibaca, dan akurasinya hanya dibatasi oleh fluktuasi kuantum dari sinar laser, katanya. Pengujian menunjukkan bahwa kebisingan dari membran sangat kecil: bahkan pada suhu kamar, membran tersebut menambahkan kebisingan 100 kali lebih sedikit daripada amplifier elektronik super-cooled, kata Schliesser.

Eksperimen sebelumnya telah berhasil mengubah sinyal frekuensi radio menjadi getaran mekanis, dan mengubah getaran mekanis menjadi sinyal cahaya, tetapi Schliesser dan rekan-rekannya telah menggabungkan keduanya menjadi satu sistem tunggal.

Sinyal kosmik
Konversi kebisingan rendah seperti itu dapat menemukan aplikasi dalam teleskop radio, kata Polzik: khususnya pada satelit, di mana pendinginan kriogenik sulit. Perangkat timnya dapat membantu para astronom untuk "melihat langit dan mencoba menangkap sinyal terkecil dari radiasi latar kosmik", katanya. Dengan perbaikan lebih lanjut, Schliesser mengatakan mereka juga bisa menerapkan perangkat untuk "memberikan pemindaian MRI paling jelas yang pernah dilihat".

Tero Heikkilä, seorang ahli fisika di Universitas Jyväskylä di Finlandia, mengatakan bahwa perangkat itu juga dapat berguna dalam bidang komputasi kuantum dan kriptografi kuantum yang baru muncul, di mana informasi dibawa oleh bit kuantum, atau qubit, terbuat dari foton atau sistem lain yang dapat menyandikan dua nilai sekaligus. Sebagai konverter radio-ke-optik, perangkat dapat mengaktifkan komputer yang bekerja pada frekuensi radio untuk mengirimkan informasi kuantumnya ke serat optik. "Idenya adalah membuat 'qubit terbang' - foton - yang akan berkomunikasi dan mentransfer informasi antara dua komputer kuantum yang bekerja pada frekuensi radio, " kata Heikkilä.

Francesco Massel, fisikawan lain di Universitas Jyväskylä, memperingatkan bahwa sistem saat ini terlalu tidak efisien untuk sebagian besar aplikasi: ia berhasil mengubah foton radio menjadi cahaya optik hanya 0, 8% dari waktu. Namun, pengaturannya "pasti menjanjikan", tambahnya. "Ini adalah sistem yang bagus, tetapi masih ada beberapa cara untuk menerapkan aplikasi praktis."

Artikel ini direproduksi dengan izin dari majalah Nature . Artikel ini pertama kali diterbitkan pada 5 Maret 2014.

Tanyakan Para AhliA Fierce Green Fire (film baru)Heat Deaths di New York City Diprediksi NaikProbe Pluto untuk Bangun dari "Hibernasi" Bulan DepanParadoks Pohon Penghasil PolusiApakah Ada Hubungan Yang Kuat antara Acara Cuaca Ekstrem dan Perubahan Iklim?Bagaimana Sains Membawa Kita Melewati Batas Hari IniBerbagai Pukulan Berbeda: Mesin Becak Auto Polusi Baru Yang Lebih Rendah Dapat Menyelamatkan Kehidupan dan mengekang Perubahan Iklim [Slide Show]