Primul radar cuantic se bazeaza pe fotoni incurcati functioneaza la o putere atat de mica incat se poate ascunde in spatele zgomotului de fundal, ceea ce il face util pentru aplicatii biomedicale si de securitate.
Unul dintre avantajele revolutiei cuantice este capacitatea de a simti lumea intr-un mod nou. Ideea generala este de a folosi proprietatile speciale ale mecanicii cuantice pentru a face masuratori sau pentru a produce imagini care altfel sunt imposibile.
O mare parte din aceasta lucrare este realizata cu fotoni. Dar in ceea ce priveste spectrul electromagnetic, revolutia cuantica a fost putin unilaterala. Aproape toate progresele in calculul cuantic, criptografie, teleportare si asa mai departe au implicat lumina vizibila sau aproape vizibila.
Astazi aceasta se schimba datorita activitatii Shabir Barzanjeh la Institutul de Stiinta si Tehnologie din Austria si a catorva colegi. Aceasta echipa a folosit microunde incurcate pentru a crea primul radar cuantic din lume. Dispozitivul lor, care poate detecta obiecte la distanta folosind doar cativa fotoni, ridica perspectiva unor sisteme radar sigure care emit radiatii electromagnetice putin detectabile.
Dispozitivul este simplu, in esenta. Cercetatorii creeaza perechi de fotoni cu microunde incurcate folosind un dispozitiv supraconductor numit convertor parametric Josephson. Ele fac raza primului foton, numit foton semnal, spre obiectul de interes si asculta reflectia.
Intre timp, ei stocheaza cel de-al doilea foton, numit foton la ralanti. Cand reflectia ajunge, intervine cu acest foton in gol, creand o semnatura care dezvaluie cat de departe a calatorit fotonul de semnal. Voila – radar cuantic!
Aceasta tehnica are cateva avantaje importante fata de radarul conventional. Radarul obisnuit functioneaza intr-un mod similar, dar nu reuseste la niveluri mici de putere care implica un numar mic de fotoni cu microunde. Acest lucru se datoreaza faptului ca obiectele fierbinti din mediu emit microunde proprii.
Intr-un mediu de temperatura a camerei, acest lucru reprezinta un fundal de aproximativ 1.000 de fotoni cu microunde in orice moment, iar acestea coplesesc ecoul de intoarcere. Acesta este motivul pentru care sistemele radar folosesc emitatoare puternice.
Fotoni incurcati depasesc aceasta problema. Fotonii de semnal si de ralanti sunt atat de similari incat este usor sa filtrezi efectele altor fotoni. Deci devine simplu sa detectam fotonul de semnal la intoarcere.
Desigur, intelegerea este o proprietate fragila a lumii cuantice, iar procesul de reflectie o distruge. Cu toate acestea, corelatia dintre semon si fotoni de ralanti este inca suficient de puternica pentru a-i distinge de zgomotul de fundal.
Acest lucru ii permite lui Barzanjeh si co sa detecteze un obiect de temperatura ambientala intr-un mediu de temperatura a camerei cu doar o mana de fotoni, intr-un mod care este imposibil de facut cu fotonii obisnuiti. „Generam campuri incurcate folosind un convertor parametric Josephson la temperaturi de miliceline pentru a ilumina un obiect la temperatura camerei la o distanta de 1 metru in dovada configuratiei radarului principal”, spun ei.
Cercetatorii continua sa compare radarul lor cuantic cu sistemele conventionale care functioneaza cu un numar similar de fotoni la fel de redus si spun ca le depaseste semnificativ, desi numai pe distante relativ scurte.
Aceasta este lucrarea interesanta care releva potentialul semnificativ al radarului cuantic si o prima aplicatie de imbinare bazata pe microunde. Dar arata, de asemenea, potentialul de aplicare a iluminarii cuantice mai general.
Un mare avantaj este nivelul scazut de radiatii electromagnetice necesare. „Experimentul nostru arata potentialul ca metoda de scanare non-invaziva pentru aplicatii biomedicale, de exemplu, pentru imagistica tesuturilor umane sau spectroscopie rotativa nedistructiva a proteinelor”, spun Barzanjeh si co.
Apoi, exista o aplicatie evidenta ca un radar furt, care este dificil pentru detectarea adversarilor peste zgomotul de fundal. Cercetatorii spun ca ar putea fi util pentru acest radar cuantic cu putere redusa de scurta durata pentru aplicatii de securitate in medii inchise si populate.
