Американські фізики використовували газ атомів як приймальну антену для аналогового відеосигналу, що передається за допомогою радіохвиль. Для цього вони збуджували атоми у ридбергівські стани, а потім опромінювали їх кількома лазерними променями. За рахунок правильно підібраних параметрів установки атоми ставали чутливі до радіохвиль, що відбивалося на амплітуді одного з променів, що проходить через газ. За допомогою зібраного приймача вчені кілька годин стримили на монітор гру, запущену на ігровій консолі. Дослідження поки не опубліковано в науковому журналі, але доступний його препринт на arXiv.org.
Винахід радіо, тобто передачі сигналів на відстані за допомогою радіохвиль, зіграв величезну роль у науково-технічному прогресі. У його основі лежить здатність зарядів, що прискорюються, випускати електромагнітні хвилі, а також, навпаки, здатність останніх розганяти заряди в приймальні антени. Ключову роль при цьому відіграє резонанс між хвилями і коливаннями електричного струму в антені.
Як виявилося, це не єдиний спосіб прийому радіосигналу. Три роки тому американські фізики побудували перше радіо, приймальню антену в якому замінила система, що складається з газу рідбергівських атомів і лазерних променів. Орбіта, на якій знаходиться зовнішній електрон в ридбергівському атомі, має дуже великий радіус, через що вона чутлива до зовнішніх електричних полів. Працездатність побудованого таким чином атомного радіоприймача вони продемонстрували за допомогою стереофонічної музичної композиції.
Тепер та ж сама група фізиків з Національного інституту стандартів і технологій під керівництвом Крістофера Холловея (Christopher Holloway), повідомила, що їм вдалося передати в атоми не тільки звук, але і відеозображення в прямому ефірі. Як і минулого разу, вони скористалися тим, що резонанс між сусідніми ридбергівськими станами відповідає радіочастотам. Коли радіосигнал поглинається атомами, це змінює їх енергетичний баланс, що можна вважати за допомогою лазера і конвертувати у відеосигнал.
Автори направляли лазерне світло з довжинами хвиль 780 і 480 нанометрів на прозору ємність з газом атомів 85Rb, що знаходяться при кімнатній температурі. Промені були налаштовані на оптичні переходи 5S1/2-5P3/2 і 5P3/2-50D5/2, відповідно. В результаті виникав ефект електромагнітно-індукованої прозорості, через яку перший промінь (зондуючий) майже безперешкодно проходив крізь газ. Додавання до цієї схеми радіохвильового поля з несучою частотою 17,0434 гігагерца, що відповідає різності рівнів 50D5/2 і 51P3/2, порушувало збіднення рівня 5P3/2. При цьому модуляція радіосигналу безпосередньо транслювалася в модуляцію зондуючого променя, яку реєстрував приймач.
Спочатку фізики експериментували з відбудовами і потужностями обох лазерів, а також досліджували те, як ці параметри разом з шириною перетяжки променів впливають на характер відгуку оптичного сигналу у відповідь на вплив прямокутних радіоімпульсів. Виявилося, що часи наростання і спаду в цьому випадку чутливі в першу чергу до ширин перетяжки. Досвідченим шляхом вчені вибрали оптимальне значення ширини для обох променів, що дорівнює 85 мікрометрам.
Для передачі відео з камери дослідники використовували стандарт NTSC 480i. Аналоговий сигнал містив інформацію про кадри, ряди та окремі пікселі, а колір містився у фазі допоміжної піднесучої частоти (3,58 мегагерца). Сигнал з оптичного детектора потрапляв на аналого-цифровий 480i-to-VGA перетворювач, результат роботи якого виводився на монітор. Фізики передавали зображення з тестової кольорової таблиці і дивилися, як атомний приймач відновлює його залежно від ширини перетягування лазерного променя. Експерименти підтвердили, що при 85 мікрометрах прийом відеосигналу схильний до найменших перешкод і втрат кольоровості.
Так відбувається через те, що інші ширини збільшують часи наростання і спаду, що призводить до розмазування форми імпульсу і втрати інформації, яку переносять високі частоти. З урахуванням того, що кадрова частота відео дорівнювала 60 герцам, кожен кадр містив 240 рядків по 720 пікселів в кожному, а для кодування кольору було необхідно 24 біти, автори оцінили номінальний бітрейт приймача в 249 мегабіт в секунду. Наприкінці експерименту фізики підключили до атомного каналу ігрову консоль (на жаль, вони не вказали, яку) і грали в неї кілька годин без втрати якості сигналу.
Цілком можливо, що рідбергівські атоми в майбутньому стануть компонентом не тільки телевізора, а й комп'ютера. Детальніше про це читайте в матеріалі «Квантове переслідування».