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奥地利科学技术研究院完成量子照射雷达概念验证
2020-05-12

 [据美国物理学家组织网202058日报道] 近日,奥地利科学技术研究院(IST Austria)论证了量子雷达技术的可行性,其基于量子纠缠效应对待检测目标进行检测。该技术成功的将量子力学原理融合到测量设备中,在生物医学和安全行业有重要的应用前景。研究成果发表于国际顶级学术期刊《科学进展》(Science Advances)

量子纠缠效应是指一对处于纠缠态的粒子无论相隔多远,都存在相互作用关系共享某些物理特性。近日,奥地利科学技术研究院联合来自麻省理工学院(MIT)、英国约克大学和意大利卡梅里诺大学,论证了一种称为“微波量子照明”的新型检测技术,其原型也被称为量子雷达。与传统的雷达技术相比,量子雷达能够在嘈杂的热环境中检测目标物体,在超低功耗生物医学成像和安全扫描仪中具有潜在的应用前景。

基于量子纠缠效应的新型检测技术

“微波量子照明”检测技术的工作原理为:首先,产生一对纠缠光子,分别作为信号光子和闲散光子;其次,向待检测目标发送信号光子,同时在没有干扰和噪声隔绝的环境中对闲散光子进行测量;最终,当信号光子被待检测目标反射时,纠缠光子丧失大部分纠缠特性,通过所保留的极少的相关性信息构建一个描述待检测目标状态特征的图案。整个测量过程中,需要忽略环境中的噪声影响。

该技术的主要研究者沙比尔·巴尔赞耶(Shabir Barzanjeh)说到“先前,我们已经论证过的是微波量子雷达技术的概念” 沙比尔·巴尔赞耶之前的研究帮助推进了量子增强雷达技术的理论概念的构建。“在-273.14°C的温度下构建的纠缠态,我们已经实现了在室温下检测具有低表面反射率的目标物体。”

量子技术具有比传统的低功率雷达技术更大的优势

尽管量子纠缠效应本质上具有脆弱性,但基于该效应的雷达技术比传统雷达技术具有更大的应用优势。如,在低功率水平下,由于传统雷达技术难以将待检测目标与自然产生的背景辐射噪声区分开,因此灵敏度和识别能力较差。然而,“微波量子照明”技术为解决此问题提供了解决方案,量子纠缠产生的相似性使得其更加有效地从环境噪声中区分信号光子。

沙比尔·巴尔赞耶表示:“量子雷达或微波量子照明技术不仅在理论上成立,而且在实践上也存在可能性。在同等条件下,量子增强探测技术比传统的低功率探测雷达技术更具优势。”

纵观历史,基础科学一直是创新、技术突破的关键驱动力之一。尽管研究小组的技术成果仍是一个概念论证,但其有效的论证了该技术的优势及可行性。沙比尔·巴尔赞耶说:“概念论证通常是未来技术进步的重要里程碑。这项研究成果在短距离微波传感器方面具有广阔的应用前景。”该技术项目的负责人约翰尼斯·芬克(Johannes Fink)教授表示:“在量子力学如何推动传感领域技术突破的好奇心驱使下,理论物理学家和实验物理学家一起合作取得这该项研究结果。未来,为了使研究成果在实际的检测工作中得到应用,我们仍然有很多工作要做。” (国家工业信息安全发展研究中心 郑发松)

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