เรดาร์

การพัวพันกันทางควอนตัมเป็นปรากฏการณ์ทางกายภาพที่อนุภาคสองอนุภาคยังคงเชื่อมต่อกัน โดยมีลักษณะทางกายภาพร่วมกันโดยไม่คำนึงว่าอนุภาคทั้งสองจะอยู่ห่างจากกันเพียงใด ตอนนี้ นักวิทยาศาสตร์จากกลุ่มวิจัยของศาสตราจารย์ Johannes Fink จาก Institute of Science and Technology Austria (IST Austria) พร้อมด้วยผู้ทำงานร่วมกัน Stefano Pirandola จาก Massachusetts Institute of Technology (MIT) และ University of York สหราชอาณาจักร และ David Vitali จาก มหาวิทยาลัยคาเมริโน ประเทศอิตาลี ได้สาธิตเทคโนโลยีการตรวจจับชนิดใหม่ที่เรียกว่า 'การส่องสว่างด้วยคลื่นไมโครเวฟควอนตัม' ซึ่งใช้โฟตอนไมโครเวฟที่พันกันเป็นวิธีการตรวจจับ เครื่องต้นแบบซึ่งเรียกอีกอย่างว่า 'เรดาร์ควอนตัม' สามารถตรวจจับวัตถุในสภาพแวดล้อมที่มีความร้อนซึ่งมีเสียงดัง ซึ่งระบบเรดาร์แบบคลาสสิกมักล้มเหลว ใช้การพัวพันควอนตัมเป็นรูปแบบใหม่ของการตรวจจับ หลักการทำงานเบื้องหลังอุปกรณ์นั้นเรียบง่าย: แทนที่จะใช้ไมโครเวฟแบบธรรมดา นักวิจัยจะจับโฟตอนสองกลุ่มเข้าด้วยกัน ซึ่งเรียกว่าโฟตอน "สัญญาณ" และ "โฟตอนที่ไม่ได้ใช้งาน" โฟตอน 'สัญญาณ' จะถูกส่งออกไปยังวัตถุที่สนใจ ในขณะที่โฟตอนที่ 'คนเดินเตาะแตะ' จะถูกวัดในลักษณะแยกสัมพัทธ์ ปราศจากสัญญาณรบกวนและสัญญาณรบกวน เมื่อโฟตอนของสัญญาณถูกสะท้อนกลับ การพัวพันที่แท้จริงระหว่างสัญญาณและโฟตอนคนเดินเตาะแตะจะหายไป แต่ความสัมพันธ์จำนวนเล็กน้อยจะยังคงอยู่ สร้างลายเซ็นหรือรูปแบบที่อธิบายการมีอยู่หรือไม่มีอยู่ของวัตถุเป้าหมาย โดยไม่คำนึงถึงสัญญาณรบกวนภายใน สิ่งแวดล้อม. "สิ่งที่เราได้แสดงให้เห็นเป็นการพิสูจน์แนวคิดของไมโครเวฟควอนตัมเรดาร์" ผู้เขียนนำและในช่วงเวลาของโครงการวิจัย postdoc ในกลุ่ม Fink Shabir Barzanjeh กล่าว ซึ่งงานวิจัยก่อนหน้านี้ได้ช่วยพัฒนาแนวคิดทางทฤษฎีเบื้องหลังเทคโนโลยี เรดาร์ ที่ปรับปรุงด้วยควอนตัม "การใช้สิ่งกีดขวางที่เกิดขึ้นในระดับไม่กี่พันองศาเหนือศูนย์สัมบูรณ์ (-273.14 °C) เราจึงสามารถตรวจจับวัตถุที่มีการสะท้อนแสงต่ำที่อุณหภูมิห้องได้" เทคโนโลยีควอนตัมมีประสิทธิภาพเหนือกว่าเรดาร์แบบคลาสสิกที่ใช้พลังงานต่ำ แม้ว่าความยุ่งเหยิงของควอนตัมในตัวเองจะเปราะบางโดยธรรมชาติ แต่อุปกรณ์นี้มีข้อได้เปรียบเหนือเรดาร์แบบคลาสสิกทั่วไปอยู่สองสามข้อ ตัวอย่างเช่น ที่ระดับพลังงานต่ำ ระบบเรดาร์แบบเดิมมักมีความไวต่ำเนื่องจากมีปัญหาในการแยกแยะการแผ่รังสีที่สะท้อนจากวัตถุจากเสียงรบกวนจากการแผ่รังสีพื้นหลังที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ การส่องสว่างด้วยควอนตัมช่วยแก้ปัญหานี้ได้ เนื่องจากความคล้ายคลึงกันระหว่างโฟตอน 'สัญญาณ' และ 'คนเดินเบา' ซึ่งเกิดจากการพัวพันกันของควอนตัม ทำให้มีประสิทธิภาพมากขึ้นในการแยกแยะโฟตอนสัญญาณ (ที่ได้รับจากวัตถุที่สนใจ) จากสัญญาณรบกวนที่เกิดขึ้น ภายในสิ่งแวดล้อม Barzanjeh ซึ่งปัจจุบันเป็นผู้ช่วยศาสตราจารย์ที่มหาวิทยาลัย Calgary เกี่ยวกับประสิทธิภาพของต้นแบบ: "ข้อความหลักที่อยู่เบื้องหลังการวิจัยของเราคือ 'ควอนตัมเรดาร์' หรือ 'การส่องสว่างด้วยไมโครเวฟควอนตัม' ไม่เพียงแต่เป็นไปได้ในทางทฤษฎีเท่านั้น แต่ยังเป็นไปได้ในทางปฏิบัติอีกด้วย เมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องตรวจจับพลังงานต่ำแบบคลาสสิกในสภาวะเดียวกันที่เราเห็นแล้วว่าที่จำนวนโฟตอนที่สัญญาณต่ำมาก การตรวจจับที่ปรับปรุงด้วยควอนตัมจะเหนือกว่า" ก้าวสำคัญสู่ความก้าวหน้าของเทคโนโลยีเรดาร์อายุ 80 ปี ตลอดประวัติศาสตร์ วิทยาศาสตร์พื้นฐานเป็นหนึ่งในตัวขับเคลื่อนหลักของนวัตกรรม การปรับเปลี่ยนกระบวนทัศน์ และความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี ในขณะที่ยังคงเป็นหลักฐานของแนวคิด การวิจัยของกลุ่มได้แสดงให้เห็นอย่างมีประสิทธิภาพ วิธีการตรวจจับแบบใหม่ ซึ่งในบางกรณีอาจเหนือกว่าเรดาร์แบบดั้งเดิมอยู่แล้ว "ตลอดประวัติศาสตร์ การพิสูจน์แนวคิดเช่นที่เราได้สาธิตไว้ที่นี่มักเป็นเหตุการณ์สำคัญที่สำคัญต่อความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีในอนาคต เป็นเรื่องน่าสนใจที่จะเห็นความหมายในอนาคตของงานวิจัยนี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับเซ็นเซอร์ไมโครเวฟช่วงสั้น" Barzanjeh กล่าว . ศาสตราจารย์ Johannes Fink ผู้เขียนคนล่าสุดและหัวหน้ากลุ่มกล่าวเสริมว่า "ผลลัพธ์ทางวิทยาศาสตร์นี้เป็นไปได้โดยการนำนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีและนักทดลองมารวมตัวกันซึ่งขับเคลื่อนด้วยความอยากรู้ว่ากลศาสตร์ควอนตัมสามารถช่วยผลักดันขีดจำกัดพื้นฐานของการตรวจจับได้อย่างไร แต่เพื่อแสดงความได้เปรียบใน สถานการณ์จริงเรายังต้องการความช่วยเหลือจากวิศวกรไฟฟ้าที่มีประสบการณ์ และยังมีงานที่ต้องทำอีกมากเพื่อให้ผลลัพธ์ของเราสามารถนำไปใช้กับงานตรวจจับในโลกแห่งความเป็นจริงได้"