Pirmą kartą buvo pademonstruotas kvantinis radaras

Konceptuali radaro iliustracija Ponia Tech

Vienas iš kvantinės revoliucijos privalumų yra galimybė pajusti pasaulį nauju būdu. Bendra idėja yra panaudoti ypatingas kvantinės mechanikos savybes norint atlikti matavimus arba sukurti vaizdus, ​​kurių kitaip neįmanoma.

Didžioji šio darbo dalis atliekama naudojant fotonus. Tačiau kiek tai susiję su elektromagnetiniu spektru, kvantinė revoliucija buvo šiek tiek vienpusė. Beveik visi kvantinio skaičiavimo, kriptografijos, teleportacijos ir tt pasiekimai buvo susiję su matoma arba beveik matoma šviesa.

Susijusi istorija

Susijusi istorija Mokslininkai ir įmonės kuria itin saugius ryšio tinklus, kurie galėtų būti kvantinio interneto pagrindas. Tai veikia taip.

Šiandien tai keičiasi dėl Shabiro Barzanjeho darbo Austrijos mokslo ir technologijų institute ir kelių kolegų. Ši komanda panaudojo susipynusias mikrobangas, kad sukurtų pirmąjį pasaulyje kvantinį radarą. Jų prietaisas, galintis aptikti objektus per atstumą, naudodamas tik kelis fotonus, padidina slaptų radarų sistemų, skleidžiančių mažai aptinkamos elektromagnetinės spinduliuotės, perspektyvą.

Įrenginys iš esmės yra paprastas. Tyrėjai sukuria susipynusių mikrobangų fotonų poras naudodami superlaidų įrenginį, vadinamą Josephsono parametriniu keitikliu. Jie nukreipia pirmąjį fotoną, vadinamą signalo fotonu, link dominančio objekto ir klausosi atspindžio.

Tuo tarpu jie saugo antrąjį fotoną, vadinamą tuščiosios eigos fotonu. Kai atsiranda atspindys, jis trukdo šiam tuščiaviduriui fotonui, sukurdamas parašą, atskleidžiantį, kiek toli signalo fotonas nukeliavo. Voila – kvantinis radaras!

Ši technika turi keletą svarbių pranašumų, palyginti su įprastu radaru. Įprastas radaras veikia panašiai, bet sugenda esant mažam galios lygiui, kuriame dalyvauja nedidelis mikrobangų fotonų skaičius. Taip yra todėl, kad karšti objektai aplinkoje skleidžia savo mikrobangas.

Kambario temperatūros aplinkoje tai sudaro apie 1000 mikrobangų fotonų fone bet kuriuo momentu, ir jie užgožia grįžtantį aidą. Štai kodėl radarų sistemose naudojami galingi siųstuvai.

Įsipainioję fotonai išsprendžia šią problemą. Signalo ir tuščiosios eigos fotonai yra tokie panašūs, kad lengva išfiltruoti kitų fotonų poveikį. Taigi tampa nesudėtinga aptikti signalo fotoną, kai jis grįžta.

Žinoma, įsipainiojimas yra trapi kvantinio pasaulio savybė, o refleksijos procesas ją sunaikina. Nepaisant to, koreliacija tarp signalo ir tuščiosios eigos fotonų vis dar pakankamai stipri, kad būtų galima atskirti juos nuo foninio triukšmo.

Tai leidžia Barzanjeh ir co aptikti kambario temperatūros objektą kambario temperatūros aplinkoje, naudojant tik saują fotonų, tokiu būdu, kurio neįmanoma padaryti su įprastais fotonais. Mes sukuriame susipynusius laukus naudodami Josephson parametrinį keitiklį, esant milikelvino temperatūrai, kad apšviestume kambario temperatūros objektą 1 metro atstumu, o tai yra principinio radaro nustatymo įrodymas.

Tyrėjai lygina savo kvantinį radarą su įprastomis sistemomis, veikiančiomis su panašiai mažu fotonų skaičiumi, ir teigia, kad jis žymiai lenkia juos, nors ir tik palyginti nedideliais atstumais.

Tai įdomus darbas, atskleidžiantis reikšmingą kvantinio radaro potencialą ir pirmąjį mikrobangų supainiojimo pritaikymą. Tačiau tai taip pat rodo galimą kvantinio apšvietimo taikymą apskritai.

Didelis privalumas yra mažas reikalingas elektromagnetinės spinduliuotės lygis. Mūsų eksperimentas parodo neinvazinio skenavimo metodo potencialą biomedicinos reikmėms, pvz., Žmogaus audinių vaizdavimui arba neardomajai baltymų rotacinei spektroskopijai, sako Barzanjeh ir kt.

Tada akivaizdu, kad tai yra slaptas radaras, kurį priešininkams sunku aptikti per foninį triukšmą. Tyrėjai teigia, kad tai gali būti naudinga mažo nuotolio mažos galios radarams, skirtiems saugos reikmėms uždaroje ir apgyvendintoje aplinkoje.

Nuoroda: arxiv.org/abs/1908.03058 : Eksperimentinis mikrobangų kvantinis apšvietimas

paslėpti