Forskere demonstrerer kvanteradarprototype

Fysikere ved Institut for Videnskab og Teknologi Østrig (IST Østrig) har opfundet en ny radarprototype, der bruger kvanteforviklinger som en metode til objektdetektion. Denne vellykkede integration af kvantemekanik i enheder kan have stor indflydelse på den biomedicinske industri og sikkerhedsindustrien. Forskningen er publiceret i tidsskriftet Videnskabens fremskridt .

Kvantesammenfiltring er et fysisk fænomen, hvor to partikler forbliver forbundne, at dele fysiske træk, uanset hvor langt de er fra hinanden. Nu, forskere fra forskningsgruppen af ​​professor Johannes Fink ved Institut for Videnskab og Teknologi Østrig (IST Østrig) sammen med samarbejdspartnere Stefano Pirandola fra Massachusetts Institute of Technology (MIT) og University of York, Storbritannien, og David Vitali fra University of Camerino, Italien - har demonstreret en ny type detektionsteknologi kaldet mikrobølge -kvantebelysning, der anvender sammenfiltrede mikrobølge -fotoner som en detektionsmetode. Prototypen, som også er kendt som en kvantaradar, er i stand til at detektere objekter i støjende termiske miljøer, hvor klassiske radarsystemer ofte fejler. Teknologien har potentielle anvendelser til biomedicinsk billeddannelse og sikkerhedsscannere med ultralav effekt.

Brug af kvanteindvikling som en ny detektionsform

Arbejdsprincipperne bag enheden er enkle:I stedet for at bruge konventionelle mikrobølger, forskerne sammenfiltrer to grupper af fotoner, som kaldes signal- og tomgangsfotoner. Signalfotonerne sendes ud mod objektet af interesse, mens de tomgangsfotoner måles i relativ isolation, fri for interferens og støj. Når signalfotonerne reflekteres tilbage, ægte sammenfiltring mellem signalet og tomgangsfotonerne går tabt, men en lille mængde korrelation overlever, skabe en signatur eller et mønster, der beskriver eksistensen eller fraværet af målobjektet - uanset støj i miljøet.

"Det, vi har demonstreret, er et proof of concept for mikrobølgekvanteradaren, " siger hovedforfatter Shabir Barzanjeh, hvis tidligere forskning hjalp med at fremme den teoretiske idé bag kvanteforstærket radarteknologi. "Ved brug af sammenfiltring genereret ved et par tusindedele af en grad over det absolutte nulpunkt (-273,14 °C), vi har været i stand til at detektere genstande med lav reflektivitet ved stuetemperatur."

Kvanteteknologi kan overgå klassisk laveffektradar

Mens kvantesammenfiltring i sig selv er skrøbelig af natur, enheden har nogle få fordele i forhold til konventionelle klassiske radarer. For eksempel, ved lave effektniveauer, konventionelle radarsystemer lider typisk af dårlig følsomhed, da de har problemer med at skelne den stråling, der reflekteres af objektet, fra naturligt forekommende baggrundsstrålingsstøj. Kvantebelysning tilbyder en løsning på dette problem, da lighederne mellem signal- og tomgangsfotonerne - genereret af kvantesammenfiltring - gør det mere effektivt at skelne signalfotonerne (modtaget fra objektet af interesse) fra støjen, der genereres i miljøet.

Barzanjeh, der nu er adjunkt ved University of Calgary, siger, "Hovedbudskabet bag vores forskning er, at kvantaradar eller kvantemikrobølge belysning ikke kun er mulig i teorien, men også i praksis. Ved benchmarking mod klassiske laveffektdetektorer under de samme forhold, vi ser, at ved meget lave signalfotontal, kvanteforstærket detektion kan være overlegen."

Igennem historien, grundlæggende videnskab har været en af ​​de vigtigste drivkræfter bag innovation, paradigmeskift og teknologisk gennembrud. Selvom det stadig er et proof of concept, gruppens forskning har effektivt påvist en ny detektionsmetode, der, i nogle tilfælde, kan være overlegen i forhold til klassisk radar.

"Igennem historien, proofs of concept, som den, vi har demonstreret her, har ofte tjent som fremtrædende milepæle mod fremtidige teknologiske fremskridt. Det bliver interessant at se de fremtidige konsekvenser af denne forskning, især til mikrobølgesensorer med kort rækkevidde, " siger Barzanjeh.

Sidste forfatter og gruppeleder professor Johannes Fink siger, "Dette videnskabelige resultat var kun muligt ved at samle teoretiske og eksperimentelle fysikere, der er drevet af nysgerrigheden efter, hvordan kvantemekanikken kan være med til at rykke de grundlæggende grænser for sansning. Men for at vise en fordel i praktiske situationer, vi får også brug for hjælp fra erfarne elektroingeniører, og der er stadig meget arbejde, der skal gøres for at gøre vores resultat anvendeligt til detekteringsopgaver i den virkelige verden."