Kvantu radars ir demonstrēts pirmo reizi

Radara konceptuāla ilustrācija Tehniķa kundze

Viena no kvantu revolūcijas priekšrocībām ir spēja sajust pasauli jaunā veidā. Vispārējā ideja ir izmantot kvantu mehānikas īpašās īpašības, lai veiktu mērījumus vai radītu attēlus, kas citādi nav iespējami.

Liela daļa šī darba tiek veikta ar fotoniem. Bet, ciktāl tas attiecas uz elektromagnētisko spektru, kvantu revolūcija ir bijusi nedaudz vienpusēja. Gandrīz visi sasniegumi kvantu skaitļošanā, kriptogrāfijā, teleportācijā un tā tālāk ir saistīti ar redzamu vai gandrīz redzamu gaismu.

Saistīts stāsts

Saistīts stāsts Pētnieki un uzņēmumi veido īpaši drošus sakaru tīklus, kas varētu būt kvantu interneta pamats. Tas darbojas šādi.

Šodien tas mainās, pateicoties Shabir Barzanjeh darbam Austrijas Zinātnes un tehnoloģiju institūtā un dažiem kolēģiem. Šī komanda ir izmantojusi sapinušos mikroviļņus, lai izveidotu pasaulē pirmo kvantu radaru. Viņu ierīce, kas var atklāt objektus no attāluma, izmantojot tikai dažus fotonus, palielina izredzes izveidot slepenas radaru sistēmas, kas izstaro maz nosakāmu elektromagnētisko starojumu.

Ierīce pēc būtības ir vienkārša. Pētnieki izveido sapinušos mikroviļņu fotonu pārus, izmantojot supravadītāju ierīci, ko sauc par Džozefsona parametrisko pārveidotāju. Viņi izstaro pirmo fotonu, ko sauc par signāla fotonu, interesējošā objekta virzienā un klausās atspulgu.

Pa to laiku viņi uzglabā otro fotonu, ko sauc par dīkstāves fotonu. Kad atstarojums ierodas, tas traucē šim tukšgaitā esošajam fotonam, radot parakstu, kas atklāj, cik tālu signāla fotons ir nogājis. Voila — kvantu radars!

Šai tehnikai ir dažas svarīgas priekšrocības salīdzinājumā ar parasto radaru. Parasts radars darbojas līdzīgi, bet neizdodas zemā jaudas līmenī, kas ietver nelielu skaitu mikroviļņu fotonu. Tas ir tāpēc, ka karsti priekšmeti vidē izstaro paši savus mikroviļņus.

Telpas temperatūras vidē tas jebkurā mirklī veido aptuveni 1000 mikroviļņu fotonu, un tie pārņem atbalsi. Tāpēc radaru sistēmās tiek izmantoti jaudīgi raidītāji.

Sapinušies fotoni pārvar šo problēmu. Signāla un tukšgaitas fotoni ir tik līdzīgi, ka ir viegli izfiltrēt citu fotonu ietekmi. Tāpēc signāla fotonu, kad tas atgriežas, ir viegli noteikt.

Protams, sapīšanās ir trausla kvantu pasaules īpašība, un refleksijas process to iznīcina. Tomēr korelācija starp signālu un dīkstāves fotoniem joprojām ir pietiekami spēcīga, lai tos atšķirtu no fona trokšņa.

Tas ļauj Barzanjeh un co noteikt istabas temperatūras objektu istabas temperatūras vidē ar tikai nedaudziem fotoniem tādā veidā, ko nav iespējams izdarīt ar parastajiem fotoniem. Mēs ģenerējam sapinušos laukus, izmantojot Džozefsona parametrisko pārveidotāju milikelvina temperatūrā, lai apgaismotu telpas temperatūras objektu 1 metra attālumā, tādējādi nodrošinot principiālu radara uzstādīšanu.

Pētnieki turpina salīdzināt savus kvantu radarus ar tradicionālajām sistēmām, kas darbojas ar līdzīgi mazu fotonu skaitu, un saka, ka tas ievērojami pārspēj tos, lai gan tikai salīdzinoši nelielos attālumos.

Tas ir interesants darbs, kas atklāj kvantu radara ievērojamo potenciālu un pirmo mikroviļņu saķeršanās pielietojumu. Bet tas arī parāda kvantu apgaismojuma iespējamo pielietojumu vispārīgāk.

Liela priekšrocība ir nepieciešamais zemais elektromagnētiskā starojuma līmenis. Mūsu eksperiments parāda neinvazīvas skenēšanas metodes potenciālu biomedicīnas lietojumiem, piemēram, cilvēka audu attēlveidošanai vai proteīnu nesagraujošai rotācijas spektroskopijai, saka Barzanjeh un co.

Tad ir acīmredzams pielietojums kā slēpts radars, kuru pretiniekiem ir grūti noteikt pār fona troksni. Pētnieki saka, ka tas varētu būt noderīgs maza darbības attāluma mazjaudas radaram drošības lietojumiem slēgtās un apdzīvotās vidēs.

Atsauce: arxiv.org/abs/1908.03058 : Eksperimentāls mikroviļņu kvantu apgaismojums

paslēpties