Quantenradar-Illustration. (IST Austria/Philip Krantz) Quantenverschränkung – dieses seltsame, aber möglicherweise äußerst nützliche Quantenphänomen, bei dem zwei Teilchen räumlich und zeitlich untrennbar miteinander verbunden sind – könnte eine wichtige Rolle in der zukünftigen Radartechnologie spielen.
In 2008 , ein Ingenieur vom MIT hat eine Möglichkeit entwickelt, die Funktionen von zu nutzen Verstrickung um Objekte zu beleuchten und dabei kaum Photonen zu verbrauchen. In bestimmten Szenarien verspricht diese Technologie nach Angaben ihrer Hersteller, herkömmliches Radar zu übertreffen, insbesondere in lauten thermischen Umgebungen.
Jetzt haben Forscher die Idee noch weiter vorangetrieben und ihr Potenzial anhand eines funktionierenden Prototyps demonstriert.
Die Technologie könnte schließlich eine Vielzahl von Anwendungen in den Bereichen Sicherheit und Biomedizin finden: besseres Bauen MRT Scannern zum Beispiel oder bieten Ärzten eine alternative Möglichkeit, nach bestimmten Arten von zu suchen Krebs .
„Was wir gezeigt haben, ist ein Proof of Concept für Mikrowellen-Quantenradar“, sagt der Quantenphysiker Shabir Barzanjeh , der die Arbeit am Institute of Science and Technology Austria leitete.
„Durch die Verschränkung, die bei einigen Tausendstel Grad über dem absoluten Nullpunkt erzeugt wird, konnten wir Objekte mit geringem Reflexionsvermögen bei Raumtemperatur erkennen.“
Das Gerät funktioniert nach den gleichen Prinzipien wie ein normales Radar, außer dass es zum Scannen eines Bereichs keine Radiowellen aussendet, sondern Paare verschränkter Photonen verwendet.
Verschränkte Teilchen zeichnen sich dadurch aus, dass ihre Eigenschaften stärker miteinander korrelieren, als man zufällig erwarten würde. Beim Radar wird ein Photon von jedem verschränkten Paar, ein sogenanntes Signalphoton, auf ein Objekt gesendet. Das verbleibende Photon, das als Idler bezeichnet wird, wird isoliert gehalten und wartet auf eine Rückmeldung.
Wenn das Signalphoton von einem Objekt reflektiert und eingefangen wird, kann es mit dem Idler kombiniert werden, um ein charakteristisches Interferenzmuster zu erzeugen, das das Signal von anderem zufälligen Rauschen unterscheidet.
Wenn die Signalphotonen von einem Objekt reflektiert werden, wird dadurch tatsächlich das Signal unterbrochen Quantenverschränkung im wahrsten Sinne des Wortes. Diese neueste Forschung bestätigt, dass selbst wenn die Verschränkung aufgehoben wird, genügend Informationen erhalten bleiben können, um sie als reflektiertes Signal zu identifizieren.
Es verbraucht nicht viel Strom und das Radar selbst ist schwer zu erkennen, was für Sicherheitsanwendungen von Vorteil ist. Der größte Vorteil gegenüber herkömmlichem Radar besteht jedoch darin, dass es weniger durch Hintergrundstrahlungsrauschen gestört wird, das die Empfindlichkeit und Genauigkeit der Standardradarhardware beeinträchtigt.
„Die Hauptbotschaft unserer Forschung ist, dass Quantenradar oder Quantenmikrowellenbeleuchtung nicht nur theoretisch, sondern auch in der Praxis möglich ist.“ sagt Barzanjeh .
„Beim Vergleich mit klassischen Low-Power-Detektoren unter den gleichen Bedingungen sehen wir bereits bei sehr niedrigen Signalphotonenzahlen, dass die quantenverstärkte Detektion überlegen sein kann.“
Hier gibt es jede Menge spannendes Potenzial, aber wir sollten uns noch nicht übertreffen. Die Quantenverschränkung bleibt ein äußerst heikler Prozess, und die Verschränkung der Photonen erfordert zunächst eine sehr präzise und ultrakalte Umgebung.
Barzanjeh und seine Kollegen entwickeln die Quantenradar-Idee weiter, ein weiteres Zeichen dafür, wie die Quantenphysik unsere Technologien in naher Zukunft verändern wird – in allen Bereichen Kommunikation Zu Supercomputing .
„Im Laufe der Geschichte dienten Proof-of-Concepts wie der, den wir hier demonstriert haben, oft als herausragende Meilensteine für zukünftige technologische Fortschritte.“ sagt Barzanjeh .
„Es wird interessant sein, die zukünftigen Auswirkungen dieser Forschung zu sehen, insbesondere für Mikrowellensensoren mit kurzer Reichweite.“
Die Forschung wurde veröffentlicht in Wissenschaftliche Fortschritte .