Главная / Технологии / Микроволновой квантовый радар. Радиолокационной технологии будущего уже в настоящем

Микроволновой квантовый радар. Радиолокационной технологии будущего уже в настоящем

Микроволновой квантовый радар. Радиолокационной технологии будущего уже в настоящем

Исследовательская группа IST Austria – физики из Института науки и техники Австрии — изучают квантовую физику в электрических, механических и оптических устройствах на основе чипов с целью развития и интеграции квантовой технологии для моделирования, связи, метрологии и зондирования.

Согласно закону Стефана-Больцмана любое тело, имеющее температуру выше абсолютного нуля, излучает энергию. Чем выше температура, тем выше энергия.

Новая технология использует запутанные микроволновые фотоны в качестве метода обнаружения.Прототип устройства способен обнаруживать объекты в тепловых средах, где классические радиолокационные системы часто выходят из строя.

Микроволновой квантовый радар. Радиолокационной технологии будущего уже в настоящем

Радар и медицина, чем они могут быть связаны? Это же не стетоскоп! Но технология квантового радара уникальна для мониторинга критических состояний при инсультах, инфарктах и даже при выявлении раковых опухолей.

Дальнейшая разработка технологии квантового зондированияимеет потенциал при неинвазивных методах сканирования, для визуализации тканей человека или для использования в неразрушающей ротационной спектроскопии белков, помимо этого, возможно потенциальное использование, как маломощного радара ближнего действия.

«То, что мы продемонстрировали, является доказательством концепции микроволнового квантового радара», — говорит ведущий автор и во время исследовательского проекта постдока в группе Финка Шабир Барзанех, чье предыдущее исследование помогло продвинуть теоретическое понятие, лежащее в основе квантово-усовершенствованной радиолокационной технологии.«Используя запутанность, создаваемую на несколько тысячных градуса выше абсолютного нуля,мы смогли обнаружить объекты с низкой отражательной способностью при комнатной температуре».

Микроволновой квантовый радар. Радиолокационной технологии будущего уже в настоящем

«Этот научный результат стал возможен только благодаря тесному сотрудничеству физиков-теоретиков и экспериментаторов, которым любопытно, как можно использовать квантовую механику для преодоления классических барьеров в сенсорной технологии.Чтобы извлечь выгоду из наших исследований, нужна поддержка опытных инженеров-электриков, потому что еще многое предстоит сделать, прежде чем эта концепция сможет быть применена на практике». Автор и руководитель группы Йоханнес Финк.
Физики из Института науки и техники Австрии с коллегами из США, Великобритании и Италии утверждают, что создали прототип радара, который использует квантовую запутанность для обнаружения объекта. Эта технология в будущем может найти применение в биомедицинских сканерах с ультранизким энергопотреблением. Подробно о разработке рассказывается в статье, опубликованной в журнале Science Advances.

Принципы работы устройства просты: вместо использования обычных микроволн, исследователи запутывают две группы фотонов, которые называются «сигнальными» и «холостыми» фотонами.«Сигнальные» фотоны направляются к интересующему объекту, в то время как «холостые» фотоны измеряются в относительной изоляции, свободной от помех и шума.Когда сигнальные фотоны отражаются обратно, истинная запутанность между сигнальными и холостыми фотонами теряется, но сохраняется небольшая корреляция, создавая сигнатуру или шаблон, который описывает существование или отсутствие целевого объекта — независимо от шума внутри окружение.

Исследователи представили технологию, называемую микроволновым квантовым освещением (от английского microwave quantum illumination) и основанную на запутанных фотонах. При квантовой запутанности две частицы остаются взаимосвязанными вне зависимости от того, насколько далеко они находятся друг от друга. Это позволяет радару работать даже в условиях сильного теплового шума, в которых классические системы часто неэффективны.

Ученые запутали фотоны при температуре на несколько тысячных градуса выше абсолютного нуля (-273,14 ° C). Одна группа фотонов, называемых сигнальными, отправлялась к объекту, а над другой группой — холостыми фотонами — проводились измерения в условиях без помех и шума. Когда сигнальные фотоны отражаются от объекта, запутанность разрушается, но сохраняется корреляция, по которой можно определить наличие или отсутствие целевого объекта.

Хотя квантовая запутанность сама по себе хрупка по своей природе, устройство имеет несколько преимуществ по сравнению с обычными классическими радарами.

Микроволновой квантовый радар. Радиолокационной технологии будущего уже в настоящем

Выходы JPC или отраженных классических сигналов усиливаются, преобразуются с понижением частоты и оцифровываются одновременно и независимо для обоих каналов. Сигнальный режим проходит через измерительную линию, которая содержит переключатель комнатной температуры, который используется для выбора между цифровым управляемым аттенюатором η и линией свободного пространства, реализованной с двумя антеннами и подвижным отражающим объектом. Здесь мы рассматриваем η как общую потерю сигнала между двумя переключателями комнатной температуры, используемыми в нашей измерительной цепочке. Для калибровки шума и усиления системы мы используем два микроволновых переключателя с фиксацией при низких температурах, которые используются для выбора между выходами JPC и температуройТпеременная нагрузка 50 Ом (черные квадраты). На обеих вышеупомянутых панелях последний этап обнаружения соответствует двухканальному квадратурному измерению, за которым следует цифровая постобработка.
Микроволновой квантовый радар. Радиолокационной технологии будущего уже в настоящем
Принципиальная схема экспериментальной установки. Сверхпроводящий джозефсоновский параметрический преобразователь (JPC) используется для запутывания сигнальных и холостых режимов на частотах ω.Sи ωIпутем применения подходящего параметрического тона накачки на суммарной частоте ωp= ωS+ ωIна m 7 мк. Когерентный микроволновый тон или классически коррелированный источник шума используется для генерации эталонных сигналов при комнатной температуре, которые отправляются в холодильник для разбавления и отражаются от портов JPC. Испытание прототипа показало, что с его помощью можно обнаружить объект с низкой отражательной способностью при комнатной температуре. Квантовое освещение позволяет решить проблему низкой чувствительности радарных систем, которым трудно отличить излучение, отражаемое от объекта, от естественного фонового шума.

Автор и руководитель группы Йоханнес Финк: «Этот научный результат стал возможен только благодаря тесному сотрудничеству физиков-теоретиков и экспериментаторов, которым любопытно, как можно использовать квантовую механику для преодоления классических барьеров в сенсорной технологии.Чтобы извлечь выгоду из наших исследований, нужна поддержка опытных инженеров-электриков, потому что еще многое предстоит сделать, прежде чем эта концепция сможет быть применена на практике».

Устройство описано встатье журнала Science Advances.

Смотрите также

Реален ли многоразовый космический корабль «Арго»? Что известно о проекте частной российской компании

О том, что российский космический корабль «Арго» сможет не только доставлять грузы на МКС, но …

Дискриминации по цвету «QR-кода». Добро пожаловать в новый мир физически здоровых людей!

Система паспортов виртуального здоровья была введена по всему Китаю в феврале 2020 года для мониторинга …

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *