Создан первый квантовый радар

Радар на спутанных фотонах потребляет так мало энергии, что его можно спрятать за фоновым шумом. Технология пригодится в создании неинвазивных медицинских аппаратов для сканирования тела или спектроскопии белков, а также незаметных радаров ближнего действия. 

Одно из преимуществ квантовой революции — способность воспринимать мир по-новому, то есть проводить измерения или создавать изображения, которые иначе были бы недоступны. В большинстве случаев такую работу выполняют фотоны. Но что касается электромагнитного спектра, квантовая революция оказалась слегка односторонней. Почти во всех разработках в области квантовых компьютеров, криптографии или телепортации использовался свет.

Однако благодаря исследованию ученых из Института науки и технологии Австрии произошло важное изменение. Они использовали спутанные микроволны для создания первого в мире квантового радара — устройства, которое обнаруживает объекты на расстоянии при помощи всего нескольких фотонов, пишет MIT Technology Review.

Суть устройства проста. Ученые создают пары спутанных микроволновых фотонов при помощи параметрического преобразователя Джозефсона. Потом отправляют первый, так называемый сигнальный фотон, в сторону изучаемого объекта, а затем изучают отражение. Параллельно они сохраняют второй, холостой фотон. Когда отражение возвращается, оно взаимодействует с ним, создавая сигнатуру, которая показывает, насколько далеко продвинулся сигнальный фотон.

У такого квантового радара есть ряд преимуществ перед обычным, который не работает на низких уровнях мощности.

Так происходит, поскольку горячие объекты излучают собственные микроволны. При комнатной температуре объем фоновых помех достигает 1000 микроволновых фотонов, и он перебивает эхо радара. Поэтому в этих системах используют мощные передатчики.

Спутанные фотоны обходят эту проблему. Сигнальный и холостой фотоны настолько похожи, что легко отфильтровать воздействия других фотонов. Поэтому обнаружить сигнальный фотон по возвращении не составляет труда.

Конечно, спутанность — хрупкое состояние, и процесс отражения разрушает его. Тем не менее, корреляция между сигнальным и холостым фотонами достаточно сильна, чтобы отличить их от фонового шума.

Схема уже доказала свою эффективность: например, ученые обнаружили объект комнатной температуры в среде с такой же температурой всего с помощью нескольких фотонов на расстоянии одного метра. На относительно коротких дистанциях квантовый радар превосходит другие системы, оперирующие таким же малым числом фотонов.

Для того чтобы не остаться после брекзита без GPS, британские военные разрабатывают замену системе навигации, которой не нужны спутники. Речь идет о «квантовом компасе«, в котором используются квантовые эффекты в глубоко охлажденных с помощью лазеров частицах.