物理学家研制“量子雷达”原型 借助纠缠的光子

  量子物理让科学家们产生了许多有趣的创意,比如奥地利科技学院(IST Austria)的一支研究团队,就介绍了他们的“量子雷达”原型。据悉,量子纠缠描述了一种奇异的状态,无论相隔多远,处于纠缠态的一对粒子都能够紧密联系、实时通信。基于此,研究团队提出了一种“量子雷达”原型。在某些应用场景下,其表现有望超越传统的雷达。

  尽管我们仍不清楚量子纠缠是如何起作用的,但这并不能阻止科学家们积极利用这项物理特性。

  除了高保密性的量子网络通信,比如奥地利科技学院、麻省理工和约克大学的物理学家们,就试图将这一现象应用于“量子雷达”。

  传统雷达的工作原理是发射无线电波或微波,然后接收侦听各个方向的信号回弹,以清晰描绘出特定区域中的物体。

  新型量子雷达的原理与之相同,但它发射的是光波、而不是无线电波。

  首先,研究人员准备了一对纠缠态的光子。其中一个属于“信号”(signal)光子,另一个则被当做“惰轮”(idler)。

  在将信号光子发送到被检测的物体上时,惰轮光子继续保持不受任何干扰的隔离状态。当信号返回时,它会发生变化、并且对惰轮光子产生即时的影响。

  基于此,量子雷达设备可通过检查惰轮光子,来确定该区域中是否存在目标物体。

  反弹信号时,两种类型的光子之间会丢失真正的量子纠缠,但保留了足够的信息来创建可确定物体读数的签名特征(signature)。

  尽管这个过程相当脆弱、后续仍开展大量的实验,但研究团队称,在某些情况下,“量子雷达”的表现比经典雷达更优异。

  与低功率雷达相比,这项新技术可从背景噪声中更有效地挑出目标物体。论文一作 Shabir Barzanjeh 表示:

  我们提供了微波量子雷达的概念证明,利用比绝对零(-273.14C)高出千分之一度的纠缠,已能够在室温下检测低反射率的物体。

  不过除了改进雷达系统,这项新技术最终还有望在安全扫描仪、以及人体组织的医学成像等领域。

  有关这项研究的详情,已经发表在近日出版的《科学进展》(Science Advances)期刊上。

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