Radar kwantowy został zademonstrowany po raz pierwszy

Koncepcyjna ilustracja radaru Pani Tech

Jedną z zalet rewolucji kwantowej jest umiejętność postrzegania świata w nowy sposób. Ogólną ideą jest wykorzystanie specjalnych właściwości mechaniki kwantowej do wykonywania pomiarów lub tworzenia obrazów, które w innym przypadku byłyby niemożliwe.

Duża część tej pracy jest wykonywana z fotonami. Ale jeśli chodzi o widmo elektromagnetyczne, rewolucja kwantowa była trochę jednostronna. Prawie wszystkie postępy w obliczeniach kwantowych, kryptografii, teleportacji itd. dotyczyły światła widzialnego lub prawie widzialnego.

Powiązana historia

Powiązana historia Naukowcy i firmy tworzą ultrabezpieczne sieci komunikacyjne, które mogą stanowić podstawę internetu kwantowego. Tak to działa.

Dziś to się zmienia dzięki pracy Shabira Barzanjeha z austriackiego Instytutu Nauki i Technologii oraz kilku kolegów. Zespół ten wykorzystał splątane mikrofale do stworzenia pierwszego na świecie radaru kwantowego. Ich urządzenie, które może wykrywać obiekty na odległość za pomocą zaledwie kilku fotonów, stwarza perspektywę ukrytych systemów radarowych, które emitują mało wykrywalnego promieniowania elektromagnetycznego.

Urządzenie jest w istocie proste. Naukowcy tworzą pary splątanych fotonów mikrofalowych za pomocą nadprzewodzącego urządzenia zwanego konwerterem parametrycznym Josephsona. Wysyłają one pierwszy foton, zwany fotonem sygnałowym, w kierunku obiektu zainteresowania i nasłuchują odbicia.

W międzyczasie przechowują drugi foton, zwany fotonem jałowym. Kiedy nadchodzi odbicie, zakłóca ten bierny foton, tworząc sygnaturę, która ujawnia, jak daleko przebył foton sygnału. Voila — radar kwantowy!

Ta technika ma kilka ważnych zalet w porównaniu z konwencjonalnym radarem. Zwykły radar działa w podobny sposób, ale zawodzi przy niskich poziomach mocy, które obejmują niewielką liczbę fotonów mikrofalowych. Dzieje się tak, ponieważ gorące obiekty w otoczeniu same emitują mikrofale.

W środowisku o temperaturze pokojowej jest to tło około 1000 fotonów mikrofalowych w dowolnym momencie, które przytłaczają powracające echo. Dlatego systemy radarowe wykorzystują potężne nadajniki.

Splątane fotony rozwiązują ten problem. Fotony sygnałowe i bierne są tak podobne, że łatwo jest odfiltrować efekty innych fotonów. Tak więc wykrycie fotonu sygnału po jego powrocie staje się proste.

Oczywiście splątanie jest kruchą właściwością świata kwantowego, a proces odbicia ją niszczy. Niemniej jednak korelacja między sygnałem a fotonami biernymi jest nadal wystarczająco silna, aby odróżnić je od szumu tła.

Dzięki temu Barzanjeh i spółka mogą wykryć obiekt o temperaturze pokojowej w środowisku o temperaturze pokojowej za pomocą zaledwie kilku fotonów, w sposób, którego nie da się zrobić ze zwykłymi fotonami. Generujemy splątane pola za pomocą konwertera parametrycznego Josephsona w temperaturach milikelwinów, aby oświetlić obiekt o temperaturze pokojowej w odległości 1 metra w konfiguracji radaru typu „proof of Principles”.

Naukowcy porównują swój radar kwantowy z konwencjonalnymi systemami działającymi z podobnie niską liczbą fotonów i twierdzą, że znacznie przewyższa je, choć tylko na stosunkowo krótkich dystansach.

To interesująca praca ujawniająca znaczny potencjał radaru kwantowego i pierwsze zastosowanie splątania mikrofalowego. Ale pokazuje również ogólnie potencjalne zastosowanie iluminacji kwantowej.

Dużą zaletą jest niski poziom wymaganego promieniowania elektromagnetycznego. Nasz eksperyment pokazuje potencjał jako nieinwazyjnej metody skanowania do zastosowań biomedycznych, np. do obrazowania tkanek ludzkich lub nieniszczącej spektroskopii rotacyjnej białek, mówią Barzanjeh i spółka.

Jest też oczywiste zastosowanie jako radar ukrywający się, który jest trudny do wykrycia przez przeciwników na tle szumu tła. Naukowcy twierdzą, że może to być przydatne w przypadku radaru krótkiego zasięgu o małej mocy do zastosowań związanych z bezpieczeństwem w zamkniętych i zaludnionych środowiskach.

Nr ref.: arxiv.org/abs/1908.03058 : Eksperymentalne mikrofalowe oświetlenie kwantowe

ukryć