淺談量子雷達

生活科學趣談

量子雷達誕生!「隱身探測」一掃機翼就知型號 – ETtoday發布於2019年8月27日

先來瞭解什麼是量子糾纏

上方這則影片應該蠻適合在失眠的時候觀賞(笑),來看個通俗一點的好了

波耳-愛因斯坦之爭顯然是量子力學略勝一籌,那麼量子糾纏可應用哪些地方呢

呵呵,這太科幻了!

回來看今天的主題,德國亞琛大學 Shabir Barzanjeh 研究團隊將先前可見光的量子糾纏擴展到微波範圍,並藉此來提高雷達性能。首先是運用光參量振盪器Optical Parametric Oscillator)將1個光子轉換成2個彼此具有糾纏態的光子,分別是信號光和閒頻光(signal and idler)。然後藉由 Josephson Parametric Amplifiers 來當作量子信號的放大器,放大的機制就如同盪鞦韆的共振原理

藉由一對糾纏的光束,先在實驗室中保留閒頻光,接著將信號光經由轉換設備轉變成微波,然後將此微波射向物體。再經由另一個轉換設備將反射的微波轉變成光子,進而干擾原先探測器中的初始閒頻光,藉此即能得知信號光已經走了多遠了

由於環境中的熱物體自身會輻射微波,因此傳統的雷達若是發射低功率的微波,訊號雜訊比就會低到無法偵測出反射波。但是雷達功率一旦提高就可被對方偵測到(e.g.EA-18G),進而採取電子干擾等反制措施。糾纏的光子則能克服這個問題,由於信號光和閒頻光非常相似,因此很容易將它們與背景雜訊區隔出來。Barzanjeh研究團隊能夠在室溫環境中檢測一個室溫物體而只需少量光子,這是普通的非糾纏態光子所無法做到的。該實驗表明了量子雷達的巨大潛力,並首次應用了基於微波的量子糾纏。目前相關政府已撥款來加速該項技術的研發,研究主要集中於低反射率物體的檢測,動機則包括空域控制與太空探索等。比如北美預警系統(North Warning System)雷達站預計在2025年汰除更新,而位於加拿大的量子計算研究所(IQC)與滑鐵盧大學奈米科技中心(WIN)的研究團隊,就希望能藉由這種量子雷達來識別隱形戰機。從理論上而言,在量子雷達面前這些戰機不僅無法遁形,甚至於都意識不到已經被偵測到了。不過,目前這項技術還在研發中,根據這篇文章〈How Quantum Radar Could Completely Change Warfare〉撰文者的觀點,量子雷達並不會使隱形戰機過時…

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