物理学家研制量子雷达原型 借助光子纠缠探测低反射率物体

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。

 
 

原理图（来自：IST Austria）

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（-273.14°C）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。 

原标题为《Microwave quantum illumination using a digital receiver》

论文链接：https://advances.sciencemag.org/content/6/19/eabb0451 

报道链接：https://ist.ac.at/en/news/scientists-demonstrate-quantum-radar-prototype/