Prof. Michał Parniak zbuduje wraz z zespołem kwantowe czujniki fal. Technologia może pomóc w rozwoju sieci 6G, radarów i badań kosmosu.

Jak donosi serwis Serwis Naukowy Uniwersytetu Warszawskiego Europejska Rada ds. Badań Naukowych przyznała prof. Michałowi Parniakowi z Uniwersytetu Warszawskiego 2 mln euro na badania. Pieniądze pozwolą mu stworzyć zespół i zrealizować pięcioletni projekt poświęcony antenom kwantowym.

Na zdjęciu naukowiec bardziej przypomina surfera z Kalifornii niż fizyka zajmującego się technologiami kwantowymi. W laboratorium rzeczywiście pracuje z falami. Jednak zwykle są to mikrofale, fale milimetrowe i terahercowe.

Grant ERC dla Michała Parniaka. Projekt potrwa pięć lat

Prof. Michał Parniak pracuje na Wydziale Fizyki oraz w Centrum Nowych Technologii Uniwersytetu Warszawskiego. Kieruje grupą Quantum Optical Devices Lab. Grant ERC dla Michała Parniaka sfinansuje projekt „Quantum Rydberg Antenna Systems”, w skrócie QURA, czyli Systemy kwantowych anten rydbergowskich.

Naukowiec chce wykorzystać atomy jako niezwykle czułe odbiorniki fal elektromagnetycznych.

–Dotychczasowa elektronika oparta na klasycznych metalowych antenach zbliża się do swoich fizycznych limitów czułości i pasma. W projekcie QURA proponujemy zmianę paradygmatu: zamiast mierzyć fale za pomocą metalu, używamy atomów rydbergowskich, które pełnią rolę naturalnych i niezwykle czułych sensorów kwantowych

– tak prof. Michał Parniak wyjaśnia najważniejszą różnicę między nową technologią a urządzeniami, których używamy obecnie.

Projekt rozpocznie się na początku 2027 roku i potrwa pięć lat. W tym czasie zespół opracuje czujniki do pomiaru pól elektromagnetycznych w zakresie od mikrofal przez fale milimetrowe aż po fale terahercowe.

Skalę sukcesu pokazują wyniki tegorocznego konkursu. Do ERC wpłynęło rekordowe 4807 wniosków. Finansowanie otrzymało 421 naukowców, czyli 8,8 proc. wszystkich ubiegających się o granty. Na ich projekty Europejska Rada ds. Badań Naukowych przeznaczyła łącznie 705 mln euro.

Kreatywność i ambicja tego nowego pokolenia stypendystów są inspirujące. Wśród badaczy, którzy będą prowadzić badania w całej Europie, znajduje się ponad 50 narodowości. Granty ERC Starting Grant zapewnią im niezależność i wsparcie niezbędne do poszerzania naukowych granic – komentuje prof. Maria Leptptin, przewodnicząca Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych.

Atomy rydbergowskie zamiast metalowej anteny

Klasyczna antena odbiera fale elektromagnetyczne za pomocą metalowych elementów. Jej możliwości ograniczają jednak między innymi szum cieplny, czułość wzmacniaczy oraz wielkość samego urządzenia. Problem staje się szczególnie ważny, gdy trzeba odebrać bardzo słaby sygnał albo pracować z wysokimi częstotliwościami.

Dlatego zespół prof. Parniaka chce wykorzystać atomy rydbergowskie. Są to atomy wzbudzone do bardzo wysokiego poziomu energii. Ich zewnętrzny elektron znajduje się daleko od jądra, przez co atom staje się wyjątkowo duży i bardzo mocno reaguje na znajdujące się w jego otoczeniu pola oraz fale elektromagnetyczne.

– Innowacyjność projektu polega na odejściu od klasycznych metalowych elementów odbiorczych na rzecz „anten kwantowych” opartych na zbiorczych wzbudzeniach atomowych. Pozwala to na osiągnięcie czułości na poziomie pojedynczych fotonów mikrofalowych w temperaturze pokojowej, bez konieczności chłodzenia kriogenicznego – wyjaśnia prof. Michał Parniak.

Badania będą prowadzone równolegle na komórkach wypełnionych gorącą parą atomową oraz na ultrazimnych atomach utrzymywanych w pułapkach optycznych. Naukowcy wykorzystają między innymi detekcję superheterodynową, przezroczystość indukowaną elektromagnetycznie oraz bezpośrednie zliczanie fotonów mikrofalowych.

Najważniejszym celem jest dokładny pomiar bardzo słabych pól elektromagnetycznych. Jednocześnie badacze chcą ograniczyć straty informacji, które pojawiają się podczas odczytywania wyniku. Dopiero połączenie wysokiej czułości z dokładnym odczytem pozwoli wykorzystać możliwości czujników kwantowych.

Powstaną demonstratory kwantowych macierzy antenowych

Jednym z efektów projektu mają być demonstratory kwantowych macierzy antenowych gotowe do prób praktycznych. Zespół planuje również zbudować mobilny radiometr kwantowy, którym będzie można prowadzić pomiary nieba poza laboratorium.

Nowa technologia może w przyszłości trafić do bezprzewodowych sieci 6G i Beyond-5G. Kolejne generacje łączności będą używać coraz wyższych częstotliwości. Do odbierania takich sygnałów potrzebne są anteny o większej czułości i szerszym paśmie.

Drugim możliwym kierunkiem są ultraczułe radary pasywne. Urządzenia tego typu odbierają sygnały emitowane przez inne źródła, a następnie analizują ich odbicia. Ponieważ nie wysyłają własnych fal, trudniej ustalić ich położenie.

Czujniki mogą również pomóc w badaniach kosmosu. Radiometr kwantowy mógłby dokładnie mierzyć mikrofalowe promieniowanie tła, czyli słabe promieniowanie powstałe na wczesnym etapie rozwoju Wszechświata. Kolejnym kierunkiem są interfejsy do przesyłania informacji między urządzeniami tworzącymi sieci kwantowe.

Technologie

Komputery kwantowe to jedyna szansa Europy w wyścigu technologicznym z USA i Chinami

Zespół ma już wyniki badań nad atomami rydbergowskimi

Projekt QURA rozwinie badania prowadzone wcześniej na Uniwersytecie Warszawskim. W lipcu 2026 roku w czasopiśmie „Nature Communications” ukazała się publikacja zespołu, który połączył możliwości atomów rydbergowskich w wykrywaniu pól zewnętrznych z kwantowym przetwarzaniem informacji.

Autorami pracy są Stanisław Kurzyna, Bartosz Niewelt, Mateusz Mazelanik, Wojciech Wasilewski, Rafał Demkowicz-Dobrzański oraz Michał Parniak. Naukowcy przygotowali protokół chroniący część informacji przed stratami powstającymi podczas odczytu.

Projekt finansowany przez ERC rozpocznie się w 2027 roku i pozwoli rozwinąć tę technologię, zbudować nowe urządzenia oraz sprawdzić je w warunkach zbliżonych do praktycznych.

Prof. Parniak kieruje również projektem RYDAR finansowanym przez Europejską Agencję Kosmiczną. Jego zespół buduje prototyp czujnika kwantowego, który ma pracować poza laboratorium. Fizyk jest autorem kilkudziesięciu publikacji oraz współtwórcą czterech udzielonych patentów.

Sam naukowiec jednak skromnie podkreśla, że za wynikami stoi praca wielu osób.

– Na pewno współpracownicy. Wszystko, o czym pisałem i o czym ostatnio się mówi, to są osiągnięcia całego zespołu, łącznie z osobami, które mnie uczyły, jak i studentami, którzy ze mną pracują – powiedział prof. Michał Parniak w rozmowie z Serwisem Naukowym UW.

Źródło: Serwis Naukowy UW

Anna Sadurska