Kuantum radarı - Quantum radar
Kuantum radar , belirsizlik ilkesi veya kuantum dolaşıklığı gibi kuantum mekanik etkilere dayanan spekülatif bir uzaktan algılama teknolojisidir . Genel olarak, bir kuantum radar, radyasyon kaynağı ve / veya çıktı tespiti açısından kuantum özelliklerinden yararlanan ve klasik bir muadilinden daha iyi performans gösteren mikrodalga aralığında çalışan bir cihaz olarak görülebilir. Bir yaklaşım, giriş kuantum korelasyonlarının (özellikle kuantum dolanıklığının) alıcıda uygun bir interferometrik kuantum algılamasıyla (kuvvetle kuantum aydınlatma protokolüyle ilişkili) kullanımına dayanır . Bir kuantum radarının teknolojik olarak uygun bir prototipinin önünü açmak, bazı inceleme makalelerinde tartışıldığı gibi, bir dizi deneysel zorluğun çözülmesini içerir; bunlardan ikincisi, medyada "yanlış raporlamaya" işaret eder. Mevcut deneysel tasarımlar, bir metre mertebesindeki çok kısa menzillerle sınırlı görünmektedir ve bu durum, potansiyel uygulamaların bunun yerine yakın mesafeli gözetim veya biyomedikal tarama için olabileceğini düşündürmektedir.
Mikrodalga aralığı modelinin arkasındaki konsept
Bir kuantum radarın mikrodalga menzilli modeli 2015 yılında uluslararası bir ekip tarafından önerildi ve Gauss kuantum aydınlatma protokolüne dayanıyor. Temel konsept, dolaşık görünür frekanslı fotonlardan oluşan bir akım oluşturmak ve onu ikiye bölmektir. Bir yarısı, "sinyal ışını", orijinal kuantum durumunu koruyacak şekilde mikrodalga frekanslarına dönüştürülür . Daha sonra mikrodalga sinyali normal bir radar sisteminde olduğu gibi gönderilir ve alınır . Yansıtılan sinyal alındığında, tekrar görünür fotonlara dönüştürülür ve orijinal dolaşık ışının diğer yarısı olan "avare ışın" ile karşılaştırılır.
Mikrodalgalar hedef nesnelere gidip geri dönerken, orijinal dolanmanın çoğu kuantum uyumsuzluğundan dolayı kaybolacak olsa da , yansıyan sinyal ile boşta kalan ışınlar arasında yeterli kuantum korelasyonu kalacaktır. Sistem, uygun bir kuantum algılama şeması kullanarak, yalnızca orijinal olarak radar tarafından gönderilen fotonları seçebilir ve diğer kaynakları tamamen filtreleyebilir. Sistem sahada çalıştırılabilirse, algılama kabiliyetinde muazzam bir ilerlemeyi temsil eder.
Geleneksel radar sistemlerini yenmenin bir yolu, sinyalleri radar tarafından kullanılan aynı frekanslarda yayınlayarak, alıcının kendi yayınları ile sahtekarlık sinyalini (veya "karıştırma") ayırt etmesini imkansız hale getirmektir. Bununla birlikte, bu tür sistemler, radarın dahili sinyalinin orijinal kuantum durumunun ne olduğunu teoride bile bilemezler. Bu tür bilgilerden yoksun olan yayınları orijinal sinyale uymayacak ve ilişkilendiricide filtrelenecektir. Yer karmaşası ve aurora gibi çevresel kaynaklar da benzer şekilde filtrelenecek.
Tarih
Bir tasarım 2005 yılında savunma yüklenicisi Lockheed Martin tarafından önerildi . Bu çalışmanın patenti 2013 yılında verilmiştir. Amaç, klasik radarın sağlayabileceğinden daha iyi çözünürlük ve daha yüksek ayrıntı sağlayan bir radar sistemi oluşturmaktı. Ancak bu tasarımla kuantum avantajı veya daha iyi çözünürlük teorik olarak kanıtlanmadı.
2015 yılında, uluslararası bir araştırma ekibi, klasik bir kuruluma göre kuantum avantajı elde edebilen bir kuantum radarının ilk teorik tasarımını gösterdi. Bu kuantum radar modelinde, klasik bir mikrodalga radarın kapasitesinin çok ötesinde bir algılama performansı ile parlak bir mikrodalga arka plan içine gömülü düşük yansıtma özelliği olan bir hedefin uzaktan algılanması dikkate alınır. Uygun bir dalga boyu "elektro-opto-mekanik dönüştürücü" kullanarak, bu şema, hedef bölgeyi araştırmak için gönderilen bir mikrodalga sinyal ışını ile tespit için tutulan bir optik rölanti ışını arasında mükemmel bir kuantum dolanması oluşturur. Hedef bölgeden toplanan mikrodalga dönüşü daha sonra bir optik ışına dönüştürülür ve ardından avara ışınla birlikte ölçülür. Böyle bir teknik, güçlü kuantum aydınlatma protokolünü daha doğal spektral alanına, yani mikrodalga dalga boylarına genişletir.
2019'da, üç boyutlu bir iyileştirme kuantum radar protokolü önerildi. Üç boyutlu uzayda işbirlikçi olmayan nokta benzeri bir hedefin lokalizasyonu için bir kuantum metroloji protokolü olarak anlaşılabilir . Bu çalışan kuantum dolaşıklık bağımsız unentangled kullanılarak elde edilebilir olandan her uzamsal yönde için karesel küçüktür lokalizasyon bir belirsizlik elde etmek için fotonları .
Yukarıdaki girişte bahsedilenlere ek olarak, kuantum radarının tarihini ve tasarımlarını daha fazla araştıran derleme makaleleri arXiv'de mevcuttur .
Bir kuantum radarı, bir ön deneysel prototip gerçekleştirilmiş olsa bile, mevcut teknolojiyle gerçekleştirilmesi zordur.
Zorluklar ve sınırlamalar
Gerçek bir kuantum radar prototipinin deneysel olarak uygulanmasının arkasında, kısa mesafelerde bile olsa bir dizi önemsiz olmayan zorluklar vardır. Mevcut kuantum aydınlatma tasarımlarına göre, önemli bir nokta, ideal olarak potansiyel hedeften dönen sinyal darbesiyle birlikte tespit edilmesi gereken avare darbesinin yönetimidir. Bununla birlikte, bu, uzun bir tutarlılık süresine sahip bir kuantum belleğin kullanılmasını gerektirir ve sinyal darbesinin gidiş-dönüşüyle karşılaştırılabilir zamanlarda çalışabilir. Diğer çözümler, sinyal ve avara darbeleri arasındaki kuantum korelasyonlarını, kuantum avantajının ortadan kalkabileceği bir noktaya çok fazla indirgeyebilir. Bu, kuantum aydınlatmanın optik tasarımlarını da etkileyen bir sorundur. Örneğin, avara darbesini standart bir optik fiber kullanarak bir gecikme hattında depolamak, sistemi bozar ve bir kuantum aydınlatma radarının maksimum menzilini yaklaşık 11 km ile sınırlar. Bu değer, ulaşılabilir bir aralıkla karıştırılmaması için, bu tasarımın teorik bir sınırı olarak yorumlanmalıdır. Diğer sınırlamalar, mevcut kuantum tasarımlarının bir seferde yalnızca tek bir polarizasyon, azimut, yükseklik, aralık, Doppler bölmesini dikkate alması gerçeğini içerir.
Uygulamalar hakkında medya spekülasyonu
Bir kuantum radarının uzun mesafelerde gizli uçakları tespit ederek çalışabileceğine, kasıtlı sıkışma girişimlerini filtreleyebileceğine ve örneğin yer karmaşası nedeniyle yüksek arka plan gürültüsü olan alanlarda çalışabileceğine dair medya spekülasyonları var . Yukarıdakilerle ilgili olarak, kuantum radarın potansiyel bir gizlilik önleme teknolojisi olarak kullanıldığına dair önemli bir medya spekülasyonu var. Gizli uçaklar , tipik olarak yuvarlak yüzeyler kullanarak ve kısmi bir köşe reflektörü oluşturabilecek herhangi bir şeyden kaçınarak sinyalleri radardan uzağa yansıtacak şekilde tasarlanmıştır . Bu, hedefin (ideal olarak) termal arka plan gürültüsünde kaybolduğu radar alıcısına döndürülen sinyal miktarını azaltır . Gizli teknolojiler, orijinal sinyali bir kuantum radarın alıcısından uzağa yansıtmada hala aynı derecede etkili olacak olsa da, sistemin, diğer kaynaklar tarafından boğulduğunda bile kalan küçük sinyali ayırma yeteneğidir, son derece gizli tasarımlardan bile geri dönüş. Şu anda bu uzun menzilli uygulamalar spekülatiftir ve deneysel verilerle desteklenmemektedir.
Daha yakın zamanlarda, radar tespiti için çok sayıda dolaşık foton üretimi , Waterloo Üniversitesi tarafından incelenmiştir .