Физики создали первый работающий прототип «квантового радара»
Квантовая запутанность — это странное, но чрезвычайно полезное квантовое явление, в котором две частицы неразрывно связаны в пространстве и времени — может сыграть важную роль в будущей радиолокационной технологии.
В 2008 году инженер из Массачусетского технологического института разработал способ использования функций запутывания для освещения объектов при использовании практически любых фотонов. В определенных сценариях такая технология обещает превзойти обычный радар, по словам его создателей, особенно в «шумных» тепловых средах.
Теперь исследователи пошли дальше, продемонстрировав ее потенциал с работающим прототипом.
Эта технология может в конечном итоге найти множество применений в области безопасности и биомедицинских областях: например, создание более совершенных МРТ-сканеров или предоставление врачам альтернативного способа поиска определенных типов рака.
«То, что мы продемонстрировали, является доказательством концепции микроволнового квантового радара», — говорит квантовый физик Шабир Барзанех, который руководил работой в Институте науки и техники Австрии.
«Используя запутанность, создаваемую на несколько тысячных градуса выше абсолютного нуля, мы смогли обнаружить объекты с низкой отражательной способностью».
Устройство работает по тем же принципам, что и обычный радар, за исключением того, что вместо отправки радиоволн для сканирования области используются пары запутанных фотонов.
Запутанные частицы отличаются тем, что обладают свойствами, которые коррелируют друг с другом сильнее, чем можно было ожидать. В случае радара один фотон из каждой запутанной пары, описанный как фотонный сигнал, посылается к объекту. Оставшийся фотон, описанный как ленивый, находится в изоляции, ожидая отчета.
Если фотонный сигнал отражается от объекта и улавливается, его можно объединить с ленивым фотоном, чтобы создать характерную картину помех, отличающую сигнал от других случайных шумов.
Поскольку фотоны сигнала отражаются от объекта, это фактически разрушает квантовую запутанность. Исследование подтверждает, что даже когда запутанность нарушена, остается достаточно информации, чтобы идентифицировать ее как отраженный сигнал.
Самое большое преимущество по сравнению с обычным радаром состоит в том, что он игнорирует фоновый радиационный шум, который влияет на чувствительность и точность стандартных радаров.
«Основная идея нашего исследования заключается в том, что квантовое радиолокационное или квантовое микроволновое оборудование возможно не только в теории, но и на практике», — говорит Барзанджех.
Здесь есть много возможностей, хотя мы пока не должны забегать вперед. Квантовое запутывание остается невероятно тонким процессом для управления, и запутывание фотонов изначально требует очень точной и ультрахолодной среды.
Барзанджех и его коллеги продолжают разработку идеи квантового радара, что является еще одним признаком того, как квантовая физика может преобразовать наши технологии в ближайшем будущем — во всем, от коммуникаций до суперкомпьютеров.
«Будет интересно увидеть будущие последствия этого исследования, особенно для микроволновых датчиков ближнего действия».
Исследование было опубликовано в журнале Science Advances.
Источники: Фото: (IST Austria/Philip Krantz)
