Quantum radar illustrasjon. (IST Østerrike/Philip Krantz) Kvanteforviklinger – det merkelige, men potensielt enormt nyttige kvantefenomenet der to partikler er uløselig knyttet sammen på tvers av rom og tid – kan spille en stor rolle i fremtidig radarteknologi.
I 2008 , en ingeniør fra MIT utviklet en måte å bruke funksjonene til sammenfiltring å belyse objekter mens du knapt bruker noen fotoner. I visse scenarier lover slik teknologi å overgå konvensjonell radar, ifølge produsentene, spesielt i støyende termiske miljøer.
Nå har forskere tatt ideen mye lenger, og demonstrert potensialet med en fungerende prototype.
Teknologien kan etter hvert finne en rekke anvendelser innen sikkerhet og biomedisinske felt: å bygge bedre MR skannere, for eksempel, eller gi leger en alternativ måte å lete etter bestemte typer kreft .
'Det vi har demonstrert er et proof of concept for mikrobølgekvanteradar,' sier kvantefysiker Shabir Barzanjeh , som utførte arbeidet ved Institute of Science and Technology Østerrike.
'Ved å bruke sammenfiltring generert ved noen få tusendeler av en grad over absolutt null, har vi vært i stand til å oppdage objekter med lav reflektivitet ved romtemperatur.'
Enheten fungerer etter de samme prinsippene som en vanlig radar, bortsett fra i stedet for å sende ut radiobølger for å skanne et område, bruker den par med sammenfiltrede fotoner.
Sammenfiltrede partikler utmerker seg ved å ha egenskaper som korrelerer med hverandre mer enn du ville forvente ved en tilfeldighet. Når det gjelder radaren, sendes ett foton fra hvert sammenfiltrede par, beskrevet som et signalfoton, mot et objekt. Det gjenværende fotonet, beskrevet som en ledig, holdes isolert og venter på en rapport tilbake.
Hvis signalfotonet reflekteres fra et objekt og fanges opp, kan det kombineres med tomgangshjulet for å skape et signaturmønster av interferens, som skiller signalet fra annen tilfeldig støy.
Når signalfotonene reflekterer fra et objekt, bryter dette faktisk kvanteforviklinger i egentlig forstand. Denne siste forskningen bekrefter at selv når sammenfiltring brytes, kan nok informasjon overleve til å identifisere det som et reflektert signal.
Den bruker ikke mye strøm, og selve radaren er vanskelig å oppdage, noe som har fordeler for sikkerhetsapplikasjoner. Den største fordelen dette har i forhold til konvensjonell radar, er imidlertid at den er mindre plaget av bakgrunnsstrålingsstøy, noe som påvirker følsomheten og nøyaktigheten til standard radarmaskinvare.
'Hovedbudskapet bak forskningen vår er at kvanteradar eller kvantemikrobølgebelysning ikke bare er mulig i teorien, men også i praksis,' sier Barzanjeh .
'Når vi måles mot klassiske laveffektdetektorer under de samme forholdene, ser vi allerede, ved svært lave signalfotontall, at kvanteforbedret deteksjon kan være overlegen.'
Det er massevis av spennende potensiale her, selv om vi ikke bør komme i forkant ennå. Kvantesammenfiltring er fortsatt en utrolig delikat prosess å håndtere, og sammenfiltring av fotonene krever i utgangspunktet et veldig presist og ultrakaldt miljø.
Barzanjeh og kollegene hans fortsetter utviklingen av kvanteradarideen, nok et tegn på hvordan kvantefysikk sannsynligvis vil transformere teknologiene våre i nær fremtid – i alt frakommunikasjontilsuperdatabehandling.
'Gjennom historien har bevis på konsepter som det vi har demonstrert her ofte fungert som fremtredende milepæler mot fremtidige teknologiske fremskritt,' sier Barzanjeh .
'Det vil være interessant å se de fremtidige implikasjonene av denne forskningen, spesielt for kortdistanse mikrobølgesensorer.'
Forskningen er publisert i Vitenskapens fremskritt .