量子物理讓科學(xué)家們產(chǎn)生了許多有趣的創(chuàng)意，比如奧地利科技學(xué)院（IST Austria）的一支研究團(tuán)隊(duì)，就介紹了他們的“量子雷達(dá)”原型。據(jù)悉，量子糾纏描述了一種奇異的狀態(tài)，無論相隔多遠(yuǎn)，處于糾纏態(tài)的一對(duì)粒子都能夠緊密聯(lián)系、實(shí)時(shí)通信。基于此，研究團(tuán)隊(duì)提出了一種“量子雷達(dá)”原型。在某些應(yīng)用場(chǎng)景下，其表現(xiàn)有望超越傳統(tǒng)的雷達(dá)。

盡管我們?nèi)圆磺宄孔蛹m纏是如何起作用的，但這并不能阻止科學(xué)家們積極利用這項(xiàng)物理特性。

除了高保密性的量子網(wǎng)絡(luò)通信，比如奧地利科技學(xué)院、麻省理工和約克大學(xué)的物理學(xué)家們，就試圖將這一現(xiàn)象應(yīng)用于“量子雷達(dá)”。

傳統(tǒng)雷達(dá)的工作原理是發(fā)射無線電波或微波，然后接收偵聽各個(gè)方向的信號(hào)回彈，以清晰描繪出特定區(qū)域中的物體。

原理圖（來自：IST Austria）

新型‘量子雷達(dá)’的原理與之相同，但它發(fā)射的是光波、而不是無線電波。

首先，研究人員準(zhǔn)備了一對(duì)糾纏態(tài)的光子。其中一個(gè)屬于“信號(hào)”（signal）光子，另一個(gè)則被當(dāng)做“惰輪”（idler）。

在將信號(hào)光子發(fā)送到被檢測(cè)的物體上時(shí)，惰輪光子繼續(xù)保持不受任何干擾的隔離狀態(tài)。當(dāng)信號(hào)返回時(shí)，它會(huì)發(fā)生變化、并且對(duì)惰輪光子產(chǎn)生即時(shí)的影響。

基于此，‘量子雷達(dá)’設(shè)備可通過檢查惰輪光子，來確定該區(qū)域中是否存在目標(biāo)物體。

反彈信號(hào)時(shí)，兩種類型的光子之間會(huì)丟失真正的量子糾纏，但保留了足夠的信息來創(chuàng)建可確定物體讀數(shù)的簽名特征（signature）。

盡管這個(gè)過程相當(dāng)脆弱、后續(xù)仍開展大量的實(shí)驗(yàn)，但研究團(tuán)隊(duì)稱，在某些情況下，“量子雷達(dá)”的表現(xiàn)比經(jīng)典雷達(dá)更優(yōu)異。

與低功率雷達(dá)相比，這項(xiàng)新技術(shù)可從背景噪聲中更有效地挑出目標(biāo)物體。論文一作Shabir Barzanjeh 表示：

我們提供了微波量子雷達(dá)的概念證明，利用比絕對(duì)零（-273.14°C）高出千分之一度的糾纏，已能夠在室溫下檢測(cè)低反射率的物體。

不過除了改進(jìn)雷達(dá)系統(tǒng)，這項(xiàng)新技術(shù)最終還有望在安全掃描儀、以及人體組織的醫(yī)學(xué)成像等領(lǐng)域。

有關(guān)這項(xiàng)研究的詳情，已經(jīng)發(fā)表在近日出版的《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances）期刊上。

原標(biāo)題為《Microwave quantum illumination using a digital receiver》