IST奥地利科学家展示一种量子雷达新型检测技术

量子纠缠是一种物理现象,在这种物理现象中,两个粒子之间无论相距多远,都保持着相互联系,共享物理特性。现在,奥地利科学与技术研究所(IST奥地利)的一研究小组的科学家们与来自麻省理工学院(MIT)和英国约克大学以及意大利卡梅里诺大学等合作,展示了一种新型检测技术,称为 “微波量子照明”,该技术利用纠缠的微波光子作为检测方法。该原型也被称为 “量子雷达”,能够在嘈杂的热环境中探测物体,而在这些环境中,经典的雷达系统往往会失效。该技术在超低功率生物医学成像和安全扫描器方面具有潜在的应用前景。

IST奥地利科学家展示量子雷达原型

利用量子纠缠作为一种新探测形式

该装置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 “惰性”光子。”信号 “光子朝向感兴趣的物体发射,而 “惰性”光子则在相对隔离状态下进行测量,不受干扰和噪声的影响。当信号光子被反射回来时,信号光子和惰性光子之间的真正纠缠就会消失,但会存在少量相关性,形成一个描述目标物体存在或不存在的特征或模式—-与环境中噪声无关。

该研究小组所展示的是微波量子雷达的概念证明,他们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℃)以上几千分之一温度产生的纠缠,已经能够在室温下探测到低反射率物体。”

量子技术优于经典的低功率雷达

虽然量子纠缠本质上脆弱的,但与传统的经典雷达相比,该装置有一些优势。例如,在低功率下,传统雷达系统通常存在灵敏度差的问题,因为它们难以区分物体反射的辐射与自然发生的背景辐射噪声。量子照明提供了一个解决这个问题的方法,因为量子缠结产生的“信号”和 “惰性”光子之间的相似性使得它能更有效地将信号光子与环境中产生的噪声区分开来。该研究背后的主要信息是,’量子雷达’或’量子微波照明’不仅在理论上可以实现,而且在实践中也可以实现。当在同样的条件下与经典的低功率探测器进行对比时,在非常低的信号光子数下,量子增强型探测器的性能会更胜一筹。

推动具有80年历史的雷达技术进步的重要里程碑

纵观历史,基础科学一直是创新、模式转变和技术突破的主要驱动力之一。尽管仍是概念验证,但该小组的研究已经有效地证明了一种新的探测方法,在某些情况下可能已经优于传统雷达。

该研究展示的概念验证往往是未来技术进步的重要里程碑。这项研究的未来意义将会很有趣。特别是对短程微波传感器。

这一科学成果只有在理论和实验物理学家们的共同努力下才有可能实现,要想在实际应用场景中显示出优势,还需要有经验的电气工程师的帮助,要使这项研究成果适用于现实世界的检测任务,还有很多工作要做。

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