量子雷达样机展示——“微波量子照明”性能优于经典雷达

时间:2020-05-13 22:11 来源:seo 作者:小可爱科技知识网 点击量:

量子雷达样机展示——“微波量子照明”性能优于经典雷达

基于量子技术的新检测技术在奥地利IST研发。

量子纠缠是一种物理现象,其中两个粒子保持相互连接,共享物理特性,无论它们彼此相距多远。现在,来自奥地利科学技术研究所(IST Austria)约翰内斯·芬克(Johannes Fink)教授研究小组的科学家们与来自麻省理工学院(MIT)和英国约克大学的斯特凡诺·皮兰多拉(Stefano Pirandola)以及来自意大利卡梅里诺大学的大卫·维塔利(David Vitali)合作;演示了一种新型的探测技术,叫做微波量子照明。它利用纠缠的微波光子作为一种检测方法。该原型机也被称为量子雷达,能够在传统雷达系统经常失灵的热噪声环境中探测目标。该技术在超低功率生物医学成像和安全扫描仪方面具有潜在的应用价值。

利用量子纠缠作为一种新的检测形式

该设备背后的工作原理很简单:研究人员没有使用传统的微波,而是将两组光子纠缠在一起,这两组光子被称为“信号”。和《;idler’光子。《;signal’光子被发射到感兴趣的物体上,而空转子则被发射到感兴趣的物体上。光子的测量是相对独立的,没有干扰和噪声。当信号光子被反射回来时,信号和游手好闲的光子之间的真正纠缠就消失了,但少量的相关性仍然存在,形成了描述目标物体存在或不存在的特征或模式;不考虑环境中的噪音。

我们所演示的是微波量子雷达概念的证明。该研究的第一作者、Fink集团的博士后Shabir Barzanjeh说,他之前的研究帮助推进了量子增强雷达技术背后的理论概念。利用在绝对零度(-273.14摄氏度)以上千分之一度处产生的纠缠,我们已经能够在室温下探测到低反射率物体。

量子技术可以超越传统的低功率雷达

虽然量子纠缠本身在本质上是脆弱的,但该设备与传统的经典雷达相比有一些优势。例如,在低功率水平下,传统雷达系统的灵敏度通常很低,因为它们很难区分物体反射的辐射和自然产生的背景辐射噪声。由于信号之间的相似性,量子照明为这个问题提供了一种解决方案。和《;idler’光子本;由量子纠缠产生;使它更有效地区分信号光子(从感兴趣的对象接收)和环境中产生的噪声。巴尔赞杰现在是卡尔加里大学的助理教授,主要从事原型系统的研究。他说:“我们研究背后的主要信息是量子雷达;或者量子微波照明;不仅在理论上是可能的,而且在实践中也是可能的。在我们已经看到的相同条件下,在非常低的信号光子数下,与经典的低功率检测器进行基准测试时,量子增强检测可以取得更好的效果。

迈向80年雷达技术进步的里程碑

纵观历史,基础科学一直是创新、范式转换和技术突破的关键驱动力之一。尽管这还只是一个概念验证,但该小组的研究已经有效地证明了一种新的探测方法,在某些情况下,这种方法可能已经优于传统的雷达。

纵观历史,像我们在这里展示的这些概念的证明,常常成为未来技术进步的显著里程碑。看看这项研究的未来意义将是很有趣的,特别是对短程微波传感器而言。Barzanjeh说。

最后一位作者兼小组组长约翰内斯·芬克教授补充说,只有将理论物理学家和实验物理学家聚集在一起,才有可能得出这一科学结果。但为了在实际情况中显示出优势,我们还需要有经验的电气工程师的帮助,为了使我们的结果适用于现实世界的检测任务,还有许多工作要做。

2020年5月8日,科学进步。

DOI: 10.1126 / sciadv.abb0451

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