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全新雷达原型利用量子纠缠探测目标

作者: 刘霞 来源: 科技日报
2020-05-19 08:44 
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一个国际物理学家团队在最新一期《科学进展》杂志撰文称,他们研制出一款新的雷达原型,该原型使用量子纠缠探测目标,有望对生物医学和安全行业产生重大影响。

据物理学家组织网近日报道,这款原型设备由来自奥地利、美国和意大利的研究人员携手开发,也被称为量子雷达,使用了名为“微波量子照明”的新型探测技术,该技术利用纠缠的微波光子作为探测方法。这款设备能在嘈杂的热环境中探测物体,而传统雷达系统身处此类环境经常会发生故障,因此有望广泛应用于超低功耗生物医学成像和安全扫描仪等领域。

研究人员解释道,最新设备使用量子纠缠作为一种新的检测形式。量子纠缠即两个粒子相互影响的现象,这种影响不受距离的限制,即使相距遥远,一个粒子的变化仍会瞬间影响另外一个粒子。

在研制这款设备时,研究人员没有使用普通微波,而是让两组光子——信号光子和闲置光子发生纠缠。信号光子朝探测目标发出,而闲置光子则在相对隔离、没有干扰和噪声的环境下被测量。当信号光子被反射回来时,信号光子与闲置光子间的真实纠缠消失了,但少量相关性保留下来,从而创建出一个描述目标物体是否存在的特征或图案,整个探测与环境噪声无关。

这项研究主要作者沙比尔·巴尔赞耶说:“我们所展示的是微波量子雷达的概念证明。利用在比绝对零度(零下273.14摄氏度)高千分之一摄氏度下产生的量子缠结,我们能在室温下检测出低反射率物体。”

尽管量子纠缠从本质上来说非常脆弱,但该设备相比传统雷达技术具有一些优势。例如,在低功率水平下,传统雷达系统的灵敏度较差,因为它们很难区分物体反射的辐射与自然产生的背景辐射;而量子照明则解决了这个问题,因为信号和闲置光子之间拥有相似性(由量子纠缠产生),这使它能更高效地区分信号光子(从目标物体接收)与环境内产生的噪声。(记者刘霞)

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