فن‌آوری‌های کوانتومی، طیف وسیعی از دستگاه‌هایی که با استفاده از اصول مکانیک کوانتومی کار می‌کنند، می‌توانند به طور قابل‌توجهی از دستگاه‌های کلاسیک در برخی کارها بهتر عمل کنند. بنابراین، فیزیکدانان و مهندسان در سراسر جهان برای دستیابی به این "مزیت کوانتومی" که مدت ها به دنبال آن نسبت به رویکردهای محاسباتی کلاسیک بود، سخت کار کرده اند.
یک تیم تحقیقاتی در CNRS اخیراً یک رادار کوانتومی ساخته اند که می تواند به طور قابل توجهی از همه رادارهای موجود بر اساس رویکردهای کلاسیک بهتر عمل کند. این رادار جدید که در مقاله منتشر شده در Nature Physics معرفی شده است، به طور همزمان یک کاوشگر درهمتنیده و حالت فوتون مایکروویو غیرفعال را که به محض انعکاس این کاوشگر از اجسام هدف، ادغام با نویز حرارتی رخ می دهد، اندازه گیری می کند.
آنها یک مدار ابررسانا را در سال 2020 اختراع کردیم که می‌توانست درهم تنیدگی ایجاد کند، حالات کوانتومی مایکروویو را ذخیره و دستکاری کند و تعداد فوتون‌ها را در یک میدان مایکروویو شمارش کند. سپس متوجه شدند که تمام ویژگی‌های مورد نیاز برای مقابله با یکی از بزرگترین چالش‌های مترولوژی کوانتومی مایکروویو را دارد و در سنجش رادار کاربرد دارد.
چندین مطالعه گذشته سعی کردند رادارهای کوانتومی را توسعه دهند که از رادارهای معمولی بهتر عمل کردند. این مزیت کوانتومی در نهایت با استفاده از سیستم های نوری محقق شد، اما قبل از این مطالعه هنوز با استفاده از تشعشعات مایکروویو به دست نیامده بود.
رادار آنها درهم تنیدگی کوانتومی بین تشدیدگر مایکروویو و سیگنالی را ایجاد می‌کند که به سمت هدفی که توسط نویز مایکروویو زیادی مانند جو پنهان شده است، ساطع می‌شود. اگر هدف واقعا وجود داشته باشد، مقدار کمی سیگنال را همراه با نویز زیاد منعکس می کند. سپس دستگاه آنها این بخش از سیگنال را با میدان ذخیره شده در تشدیدگر ترکیب می کند، به گونه ای که بسته به وجود یا عدم وجود هدف، فوتون های بیشتری تولید می کند. در نهایت، یک شمارنده فوتون مایکروویو داخلی این فوتون ها را کاوش می کند.
تحقیقات گذشته نشان داد که همبستگی‌های کوانتومی می‌تواند تشخیص رادار را در سناریوهایی با قدرت سیگنال و نویز هدف قابل مقایسه تا چهار برابر سریع‌تر کند. در ارزیابی های اولیه، رادار کوانتومی مایکروویو توسعه یافته توسط محققان، سرعت تشخیص رادار را تا 20 درصد در مقایسه با رادارهای کلاسیک افزایش داد. محققین مجموعه‌ای از آزمایش‌ها را انجام دادند و مزیت کوانتومی رادار خود را در طیف وسیعی از پارامترها اندازه‌گیری کردند. این آزمایش‌ها نشان داد که خلوص حالت درهم‌تنیدگی اولیه بین Probe و idler در دستگاه آنها می‌تواند یک عامل محدودکننده باشد، که باید هنگام پیاده‌سازی رادار آنها در تنظیمات دنیای واقعی در نظر گرفته شود.
کار اخیر این تیم از محققان کمک زیادی به تلاش‌های مداوم با هدف بهبود عملکرد فناوری رادار کوانتومی می‌کند. در آینده، رویکرد زیربنای عملکرد آن می‌تواند الهام‌بخش توسعه رادارهای کوانتومی مایکروویو مشابهی باشد که می‌توانند به مزیت کوانتومی حتی بیشتری دست یابند.
لینک مقاله:
https://www.nature.com/articles/s41567-023-02113-4
