物理学家刚刚建立了“量子雷达”的第一个工作原型

量子纠缠是种奇怪但非常有价值的量子现象。纠缠的两个粒子在空间和时间上密不可分的特性,在未来的雷达技术中将发挥重要作用。

2008年,麻省理工学院的一位工程师想出了一种方法,可以在几乎不使用任何光子的情况下,利用纠缠特性来照亮物体。据开发者称,在某些情况下,这种技术有望胜过传统雷达,尤其是在背景嘈杂的热环境中。

现在,研究人员将这个想法更进一步,通过一个可行的原型展示了它的潜力。

该技术最终可能会在安全和生物医学领域找到各种应用:例如,制造更好的MRI扫描仪,或为医生提供寻找特定类型癌症的替代方法。

奥地利科学技术研究院的量子物理学家Shabir Barzanjeh说:“我们证明的是微波量子雷达概念的可行性。利用仅比绝对零值高出千分之几的温度下产生的纠缠粒子,我们能够检测出室温下低反射率的物体。”

原理与普通雷达相同,区别仅仅是用到了多个纠缠光子来代替无线电波扫描区域。纠缠的光子相互之间的关联性高于随机的期望。就雷达而言,来自每个纠缠对的单个光子被描述为信号光子,被发送到一个物体上。剩下的光子被称为闲置光子,保持隔离状态,等待报告返回。

如果信号光子从物体反射并被捕获,则可以将其与闲置光子组合以创建特征信号干涉图样,从而将信号与其他随机噪声区分开。

当信号光子从物体反射时,这实际上从最真实的意义上打破了量子纠缠。这项最新研究证明,即使纠缠破裂,也可以保留足够的信息以将其识别为反射信号。

它消耗的功率不多,并且雷达本身很难被反侦查到——从安全角度来说,无疑是重大利好。但是,与传统雷达相比,它的最大优势在于:受背景辐射噪声的困扰较小,而背景辐射噪声会影响传统雷达的灵敏度和准确性。

Barzanjeh说:“我们的主要结论是,量子雷达或量子微波照明不仅在理论上而且在实践上都是可能的。在相同条件下以经典低功率检测器为基准,我们已经看到,在非常低的信号光子数下,量子增强检测可能会更好。”

尽管现在举杯庆祝还为时尚早。量子纠缠仍是一个极其微妙的过程,而且纠缠光子最初需要非常精确的处理和超低温的环境。

Barzanjeh和同事们正在继续发展量子雷达的概念,这是量子物理学可能会在技术领域带来变革的又一个征兆——从通信到计算机,从医学到军事,所有的所有。

Barzanjeh说:“纵观整个历史,概念证明通常是迈向未来技术进步的重要里程碑。我们高兴地发见了这项研究的未来意义,特别是在短距离微波传感领域。”

该研究已发表在《科学进展》上。

原文:https://www.sciencealert.com/physicists-are-investigating-ways-to-use-entanglement-as-a-fancy-new-kind-of-radar

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