Un récepteur radio classique compare l'onde reçue à une onde de référence pour en extraire l'information. Les atomes de rubidium, eux, savent faire autrement : ils deviennent à la fois l'antenne et le détecteur. Mais jusqu'ici, ils avaient besoin d'un signal radio supplémentaire pour fixer le point de référence.

Le nouveau montage s'en passe. On applique un champ électrique constant à une cellule en verre contenant de la vapeur de rubidium. Ce champ mélange légèrement deux niveaux d'énergie proches de l'atome et ouvre un chemin par lequel la lumière du laser ne peut passer qu'avec l'aide de l'onde radio. Il se crée une boucle : l'onde radio, la lumière de pompe et la sonde lumineuse fonctionnent comme un seul mécanisme.

Le résultat principal est une règle précise : si l'onde radio a une phase Φ, alors la n-ième harmonique de la lumière sonde porte un facteur e^(inΦ). Cela permet de mesurer directement la phase et l'amplitude du signal, simplement en démodulant l'harmonique voulue. Pour l'amplitude, il suffit d'inverser une fonction de réponse simple qui, avec un bon réglage du champ, est toujours univoque.

Lorsque le champ dans la cellule n'est pas homogène, le tableau se complique : différents atomes ressentent des décalages de niveaux différents, et le signal global se « brouille ». Les auteurs montrent comment la moyenne spatiale réduit la précision de la phase et modifie la pente de la courbe d'amplitude. Des exemples numériques confirment la théorie et aident à choisir l'angle de mélange pour lequel les pertes en phase et en amplitude sont équilibrées.

Un tel récepteur n'a pas besoin d'un générateur de référence encombrant et fonctionne directement sur la transition atomique, ce qui promet une grande précision et une taille réduite. À terme, on envisage des capteurs compacts pour les communications, la navigation et la radioastronomie.