Учёные продемонстрировали прототип квантового радара на «ленивых» фотонах

Физики из Института науки и техники Австрии (IST Austria) изобрели новый прототип квантового радара, который использует квантовую запутанность в качестве метода обнаружения объектов, сообщает phys.org. Эта успешная интеграция квантовой механики в устройства может существенно повлиять на биомедицинскую и охранную отрасли промышленности. Исследование опубликовано в журнале Science Advances.

Квантовая запутанность — это физическое явление, при котором две частицы остаются взаимосвязанными, проявляя одинаковые физические свойства независимо от того, насколько они далеки друг от друга.

istaustriasc
Иллюстрация прототипа квантового радара / IST Austria, Philip Krantz

Радар находит объект в сложных средах

Ученые из исследовательской группы профессора Йоханнеса финка из Института науки и техники Австрии (IST Austria) вместе с коллегами Стефано Пирандолой из Массачусетского технологического института (MIT) и Университета Йорка (Великобритания) и Дэвидом Витали из университета Камерино (Италия) продемонстрировали новый тип технологии обнаружения, названный микроволновым квантовым освещением, который использует запутанные микроволновые фотоны в качестве метода обнаружения. Прототип, известный как квантовый радар, способен обнаруживать объекты в шумных тепловых средах, где классические радиолокационные системы часто выходят из строя. Эта технология имеет потенциальное применение для сверхнизкой мощности биомедицинских томографов и сканеров безопасности.

«Ленивые» фотоны

Принципы работы квантового радара просты: вместо использования обычных микроволн исследователи связывают две группы фотонов, которые называются «сигнальными» и «ленивыми» фотонами. Сигнальные фотоны посылаются к интересующему объекту, в то время как характеристики ленивых фотонов измеряются в относительной изоляции, свободной от помех и шума. Когда сигнальные фотоны отражаются обратно, истинная запутанность между сигналом и более слабыми фотонами теряется, но сохраняется небольшое количество корреляции, создавая сигнатуру или паттерн, который описывает существование или отсутствие целевого объекта, независимо от шумов в окружающей среде.

 

«То, что мы продемонстрировали, является доказательством концепции микроволнового квантового радара», — говорит ведущий автор Шабир Барзандже, чьи предыдущие исследования помогли продвинуть теоретическую концепцию квантовой усовершенствованной радиолокационной технологии. «Используя запутанность, возникающую на несколько тысячных градуса выше абсолютного нуля (-273,14 °C), мы смогли обнаружить объекты с низкой отражательной способностью при комнатной температуре».

Превосходит обычные радары

Хотя квантовая запутанность сама по себе хрупка по своей природе, квантовый радар имеет несколько преимуществ перед обычными классическими радарами. Например, при низких уровнях мощности обычные радиолокационные системы обычно страдают от плохой чувствительности, поскольку им трудно отличить излучение, отраженное объектом, от естественного фонового радиационного шума. Квантовое освещение предлагает решение этой проблемы, поскольку сходство между сигнальными и более слабыми фотонами, генерируемыми квантовой запутанностью, позволяет более эффективно отличать сигнальные фотоны (полученные от объекта интереса) от шума, генерируемого в окружающей среде.

Читайте далее о том, как была раскрыта одна из тайн эффекта «зловещей долины» — неприязни к человекоподобным роботам.