奧地利科學技術研究所物理學家發明了一種新的雷達原型，這種量子雷達使用量子糾纏作為物體探測的一種方法。這種量子力學與設備的成功集成，可能會對生物醫學和安全行業產生重大影響，其研究成果現在發表在《科學進展》期刊上。量子糾纏是一種物理現象，通過這種現象，兩個粒子保持相互聯繫，無論彼此相距多遠，都擁有共同的物理特性。
現在，奧地利科學技術研究所約翰尼斯·芬克教授的研究小組與麻省理工學院(MIT)和英國約克大學的斯特凡諾·皮蘭多拉(Stefano Pirandola)以及意大利卡梅里諾大學大衞·維塔利(David Vitali)的合作者展示了一種名為微波量子照明的新型探測技術，它利用糾纏微波光子作為探測方法，該原型也被稱為量子雷達，能夠在嘈雜的熱環境中探測物體，而傳統的雷達系統往往會出現故障。該技術在超低功耗生物醫學成像和安全掃描儀方面具有潛在的應用前景。
量子糾纏作為一種新的探測形式
該裝置背後的工作原理很簡單：研究人員不使用傳統的微波，而是將兩組光子糾纏在一起，這兩組光子被稱為信號光子和閒置光子。信號光子被髮送到目標對象，而空閒光子是在相對隔離的情況下測量，沒有干擾和噪聲。當信號光子被反射回來時，信號和空閒光子之間的真正糾纏會丟失，但仍存在少量的關聯，從而創建描述目標對象存在，而與環境中的噪聲無關。
研究的主要作者沙比爾·巴爾贊傑(Shabir Barzanjeh)説：我們已經證明是微波量子雷達的概念證明，利用絕對零度(-273.14攝氏度)以上千分之幾度產生的糾纏，已經能夠在室温下探測到低反射率的物體。雖然量子糾纏本身是脆弱的，但該裝置比傳統經典雷達有一些優勢。例如，在低功率水平下，傳統雷達系統通常靈敏度較低，因為它們難以區分物體反射的輻射和自然產生的背景輻射噪聲。
量子雷達超越經典雷達
量子技術為這個問題提供了一種解決方案，因為信號和空閒光子（由量子糾纏產生）之間的相似性，使得更有效地區分（從目標對象接收到的）信號光子和環境中產生的噪聲。卡爾加里大學助理教授Barzanjeh説：我們研究背後的主要信息是，量子雷達或量子微波照明不僅在理論上是可能的，而且在實踐中也是可能的。當在同樣的條件下與經典低功率探測器進行比較時，在非常低的信號光子數下，量子雷達檢測可能會更優越。
縱觀歷史，基礎科學一直是創新、範式轉變和技術突破的關鍵驅動力之一。雖然這仍然是一個概念證明，但該小組的研究已經有效地展示了一種新探測方法，在某些情況下，這種方法可能優於經典雷達。縱觀歷史，像研究人員展示的概念證明，往往是未來技術進步的重要里程碑。看看這項研究的未來影響，特別是對短程微波傳感器的影響，將是很有趣的。這一科學結果只有在理論和實驗物理學家聚集在一起才有可能。
這些物理學家受到量子力學如何幫助推動傳感基本極限的好奇心驅使，但要在實際情況中展示優勢，還需要有經驗豐富的電氣工程師幫助，要使結果適用於現實世界的檢測任務，還有很多工作要做，讓我們期待一個更好的量子世界吧！
博科園｜研究/來自：奧地利科學技術研究所
研究發表期刊《科學進展》
博科園｜科學、科技、科研、科普
關注【博科園】看更多大美宇宙科學