Digital communication with Rydberg atoms and amplitude-modulated microwave fields

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作者
David Meyer,Kevin C. Cox,Fredrik K. Fatemi,Paul D. Kunz
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:112 (21) 被引量:192
标识
DOI:10.1063/1.5028357
摘要

Rydberg atoms, with one highly-excited, nearly-ionized electron, have extreme sensitivity to electric fields, including microwave fields ranging from 100 MHz to over 1 THz. Here we show that room-temperature Rydberg atoms can be used as sensitive, high bandwidth, microwave communication antennas. We demonstrate near photon-shot-noise limited readout of data encoded in amplitude-modulated 17 GHz microwaves, using an electromagnetically-induced-transparency (EIT) probing scheme. We measure a photon-shot-noise limited channel capacity of up to 8.2 Mbit/s and implement an 8-state phase-shift-keying digital communication protocol. The bandwidth of the EIT probing scheme is found to be limited by the available coupling laser power and the natural linewidth of the rubidium D2 transition. We discuss how atomic communications receivers offer several opportunities to surpass the capabilities of classical antennas.
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