Vijesti sa Univerziteta nauke i tehnologije Kine (USTC), nedavno je LIDAR tim predvođen prof. Xianghui Xueom napravio značajan napredak u istraživanju kvantnih LIDAR sistema. Tim je po prvi put izneo teoriju lidara za merenje vetra zasnovanu na principu kvantne interferencije naviše, i na osnovu ove teorijske inovacije uspešno je razvio prototip. U poređenju sa tradicionalnim radarom za koherentno mjerenje vjetra, novi sistem ostvaruje dinamički raspon detekcije od 0-13km/s brzine i 7-putostruko poboljšanje osjetljivosti detekcije. Ovaj rezultat je objavljen 15. avgusta 2024. u ACS Photonics.
"Vidjeti daleko, vidjeti dobro, brzo i precizno mjeriti" cilj je kojem teži LIDAR. Jednofotonski LIDAR postiže detekciju jednofotonske osjetljivosti u poređenju sa konvencionalnim LIDAR-om, što je uvelike poboljšalo performanse. Međutim, teorija kvantnog radara koja koristi principe kvantne preciznosti mjerenja je još uvijek u fazi razvoja. Od otkrića dvofotonske (HOM) interferencije 1987. godine, HOM interferencija je postala ključni kamen temeljac u razlikovanju kvantnih fenomena od klasične fizike, označavajući zoru nove ere kvantnog istraživanja. HOM interferencija ne igra samo fundamentalnu ulogu u preciznom mjerenja vremena i kvantne analize stanja, ali je također centralna za različite primjene u kvantnoj obradi informacija. Inovacija teorije kvantne preciznosti mjerenja i primjena zasnovana na HOM interferenciji postala je trenutno žarište istraživanja.
Grupa Xianghui Xuea koristi HOM interferenciju i kvantno brisanje višeg reda kako bi nezavisni fotoni iz različitih izvora svjetlosti pokazali fenomene kvantne interferencije, i razvija dvofotonski interferometrijski atmosferski lidarski sistem baziran na detektorima up-konverzije zasnovan na ovoj teoriji. Ovaj pristup nudi osetljivost na jedan foton, visoku kvantnu efikasnost, veliki opseg detekcije i primenljivost na više talasnih dužina. Koristeći kvantno brisanje u kombinaciji s optičkom kompresivnom metodom uzorkovanja, ovaj kvantni radarski sistem je u stanju snimiti optičke signale sa stopom uzorkovanja od MHz preko propusnog opsega od 17 GHz (što odgovara 13 km/s), što rješava problem visoke stope uzorkovanja i veliki kapacitet pohrane podataka slabih signala u kontinuiranoj detekciji ciljeva ultra-velike brzine, te otvara put realizaciji detekcije ultra-velikih kontinuiranih brzina do desetina kilometara u sekundi.
Više od 17GHz propusni opseg detekcije, greška detekcije frekvencije Manja ili jednaka 60MHz (greška mjerača talasne dužine 60MHz)
U eksperimetu na terenu, kvantni interferentni radarski sistem koristi 70μJ energije za realizaciju detekcije polja vjetra na horizontalnoj udaljenosti od 16 km, čime se postiže 7-putostruko poboljšanje osjetljivosti detekcije uz konzistenciju detekcije polja vjetra od R{{3} }.997 u poređenju sa postojećim LiDAR sistemom.
Detekcija polja vjetra na udaljenosti od 16 km koristeći energiju od 70 μJ
Srž ove tehnologije je korištenje fenomena dvofotonske interferencije i poboljšanje omjera signal-šum potiskivanjem šuma putem kvantnog brisanja. Dvofotonska interferencija je kvantni optički fenomen u kojem dva fotona interferiraju jedan s drugim, a korelacije se uočavaju čak i kada nisu prisutne u isto vrijeme. Kvantno brisanje, s druge strane, je kvantno-mehanički proces koji se može koristiti za uklanjanje ili vraćanje stanja kvantne isprepletenosti između dva fotona manipulacijom dodatnim fotonima.
Telemetrija je pokazala da tehnika ima veliki potencijal za mjerenje slabog signala. Optičke frekvencije se mogu detektovati bez upotrebe uređaja za diskriminaciju frekvencije, nove metode detekcije koja kombinuje prednosti direktne i koherentne detekcije. Radarski sistem je optički integriran i kompaktan, s potencijalnom budućom primjenom za kontinuirana daljinska mjerenja tvrdih i mekih ciljeva koji se kreću ultra velikom brzinom.
