Il radar quantistico è stato dimostrato per la prima volta

Illustrazione concettuale del radar La signora Tech

Uno dei vantaggi della rivoluzione quantistica è la capacità di percepire il mondo in un modo nuovo. L'idea generale è quella di utilizzare le proprietà speciali della meccanica quantistica per effettuare misurazioni o produrre immagini altrimenti impossibili.

Gran parte di questo lavoro viene svolto con i fotoni. Ma per quanto riguarda lo spettro elettromagnetico, la rivoluzione quantistica è stata un po' unilaterale. Quasi tutti i progressi nell'informatica quantistica, nella crittografia, nel teletrasporto e così via hanno coinvolto la luce visibile o quasi visibile.

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Oggi le cose cambiano grazie al lavoro di Shabir Barzanjeh presso l'Istituto di Scienza e Tecnologia Austria e alcuni colleghi. Questo team ha utilizzato le microonde entangled per creare il primo radar quantistico al mondo. Il loro dispositivo, in grado di rilevare oggetti a distanza utilizzando solo pochi fotoni, solleva la prospettiva di sistemi radar furtivi che emettono radiazioni elettromagnetiche poco rilevabili.

Il dispositivo è in sostanza semplice. I ricercatori creano coppie di fotoni a microonde entangled utilizzando un dispositivo superconduttore chiamato convertitore parametrico Josephson. Trasmettono il primo fotone, chiamato fotone segnale, verso l'oggetto di interesse e ascoltano il riflesso.

Nel frattempo, immagazzinano il secondo fotone, chiamato fotone idler. Quando arriva il riflesso, interferisce con questo fotone pigro, creando una firma che rivela la distanza percorsa dal fotone segnale. Voilà: radar quantistico!

Questa tecnica presenta alcuni importanti vantaggi rispetto ai radar convenzionali. Il radar ordinario funziona in modo simile ma si guasta a bassi livelli di potenza che coinvolgono un piccolo numero di fotoni a microonde. Questo perché gli oggetti caldi nell'ambiente emettono le proprie microonde.

In un ambiente a temperatura ambiente, ciò equivale a uno sfondo di circa 1.000 fotoni a microonde in qualsiasi istante, e questi sopraffanno l'eco di ritorno. Questo è il motivo per cui i sistemi radar utilizzano potenti trasmettitori.

I fotoni entangled risolvono questo problema. Il segnale e i fotoni idler sono così simili che è facile filtrare gli effetti di altri fotoni. Quindi diventa semplice rilevare il fotone segnale quando ritorna.

Naturalmente, l'entanglement è una proprietà fragile del mondo quantistico e il processo di riflessione lo distrugge. Tuttavia, la correlazione tra il segnale e i fotoni idler è ancora abbastanza forte da distinguerli dal rumore di fondo.

Ciò consente a Barzanjeh e co di rilevare un oggetto a temperatura ambiente in un ambiente a temperatura ambiente con solo una manciata di fotoni, in un modo impossibile da fare con i normali fotoni. Generiamo campi entangled utilizzando un convertitore parametrico Josephson a temperature di millikelvin per illuminare un oggetto a temperatura ambiente a una distanza di 1 metro in una configurazione radar a prova di principio, dicono.

I ricercatori continuano a confrontare il loro radar quantistico con i sistemi convenzionali che funzionano con un numero di fotoni altrettanto basso e affermano che li supera in modo significativo, anche se solo su distanze relativamente brevi.

Questo è un lavoro interessante che rivela il potenziale significativo del radar quantistico e una prima applicazione dell'entanglement basato sulle microonde. Ma mostra anche la potenziale applicazione dell'illuminazione quantistica più in generale.

Un grande vantaggio sono i bassi livelli di radiazione elettromagnetica richiesti. Il nostro esperimento mostra il potenziale come metodo di scansione non invasivo per applicazioni biomediche, ad esempio per l'imaging di tessuti umani o la spettroscopia rotazionale non distruttiva di proteine, affermano Barzanjeh e co.

Poi c'è l'ovvia applicazione come radar invisibile che è difficile da rilevare per gli avversari a causa del rumore di fondo. I ricercatori affermano che potrebbe essere utile per radar a bassa potenza a corto raggio per applicazioni di sicurezza in ambienti chiusi e popolati.

Rif: arxiv.org/abs/1908.03058 : Illuminazione quantistica sperimentale a microonde

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