Квантовый скачок: новый радар на запутанных фотонах обещает 500-кратный прирост чувствительности

В начале января 2022 года научное сообщество обсуждает прорыв в области радиолокации: опубликованы результаты эксперимента, демонстрирующие возможность использования квантовой запутанности для повышения чувствительности радарных систем. Технология, получившая название «квантовое освещение», позволяет детектировать объекты в условиях крайне низкого отношения сигнал/шум, где классические радары оказываются бессильны.

Принципиальное ограничение классической радиолокации — это падение мощности сигнала пропорционально четвертой степени расстояния (закон обратных квадратов, примененный дважды: на пути к цели и обратно). Квантовый подход использует пары запутанных фотонов. Один фотон (сигнальный) отправляется к цели, а второй (холостой) сохраняется в приемнике. Даже если сигнальный фотон теряет значительную часть энергии или искажается, квантовая корреляция между парой позволяет выделить полезный сигнал из шумов с беспрецедентной точностью.

Согласно расчетам, представленным в работе, эффективная чувствительность системы может быть повышена в сотни раз по сравнению с традиционными методами. В условиях низкой освещенности или при наблюдении за малозаметными объектами (стелс-технологиями) квантовый радар способен сохранять высокую разрешающую способность там, где классические радары видят только шум. Несмотря на то, что текущие прототипы ограничены ближней зоной действия из-за сложности поддержания квантовой когерентности на больших расстояниях, исследователи полагают, что интеграция с волоконно-оптическими системами и новыми типами сверхпроводниковых детекторов откроет путь к созданию промышленных образцов уже к середине десятилетия.