El radar cuántico ha sido demostrado por primera vez

Ilustración conceptual de radar Sra. tecnología

Una de las ventajas de la revolución cuántica es la capacidad de sentir el mundo de una forma nueva. La idea general es utilizar las propiedades especiales de la mecánica cuántica para realizar mediciones o producir imágenes que de otro modo serían imposibles.

Gran parte de este trabajo se realiza con fotones. Pero en lo que respecta al espectro electromagnético, la revolución cuántica ha sido un poco unilateral. Casi todos los avances en computación cuántica, criptografía, teletransportación, etc., han involucrado luz visible o casi visible.

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Hoy eso cambia gracias al trabajo de Shabir Barzanjeh en el Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria y algunos colegas. Este equipo ha utilizado microondas entrelazadas para crear el primer radar cuántico del mundo. Su dispositivo, que puede detectar objetos a distancia usando solo unos pocos fotones, plantea la posibilidad de sistemas de radar sigilosos que emiten poca radiación electromagnética detectable.

El dispositivo es simple en esencia. Los investigadores crean pares de fotones de microondas entrelazados utilizando un dispositivo superconductor llamado convertidor paramétrico de Josephson. Emiten el primer fotón, llamado fotón de señal, hacia el objeto de interés y escuchan el reflejo.

Mientras tanto, almacenan el segundo fotón, llamado fotón inactivo. Cuando llega el reflejo, interfiere con este fotón inactivo, creando una firma que revela qué tan lejos ha viajado el fotón de la señal. ¡Voila, radar cuántico!

Esta técnica tiene algunas ventajas importantes sobre el radar convencional. El radar común funciona de manera similar, pero falla a niveles de potencia bajos que involucran una pequeña cantidad de fotones de microondas. Eso es porque los objetos calientes en el ambiente emiten sus propias microondas.

En un entorno a temperatura ambiente, esto equivale a un fondo de alrededor de 1.000 fotones de microondas en cualquier instante, y estos superan el eco de retorno. Esta es la razón por la que los sistemas de radar utilizan potentes transmisores.

Los fotones entrelazados superan este problema. La señal y los fotones inactivos son tan similares que es fácil filtrar los efectos de otros fotones. Por lo tanto, resulta sencillo detectar el fotón de la señal cuando regresa.

Por supuesto, el entrelazamiento es una propiedad frágil del mundo cuántico y el proceso de reflexión lo destruye. Sin embargo, la correlación entre la señal y los fotones inactivos sigue siendo lo suficientemente fuerte como para distinguirlos del ruido de fondo.

Esto permite a Barzanjeh y compañía detectar un objeto a temperatura ambiente en un ambiente a temperatura ambiente con solo un puñado de fotones, de una manera que es imposible de hacer con los fotones ordinarios. Generamos campos enredados utilizando un convertidor paramétrico Josephson a temperaturas de milikelvin para iluminar un objeto a temperatura ambiente a una distancia de 1 metro en una configuración de radar de prueba de principio, dicen.

Los investigadores continúan comparando su radar cuántico con los sistemas convencionales que funcionan con un número igualmente bajo de fotones y dicen que los supera significativamente, aunque solo en distancias relativamente cortas.

Es un trabajo interesante que revela el potencial significativo del radar cuántico y una primera aplicación del entrelazamiento basado en microondas. Pero también muestra la aplicación potencial de la iluminación cuántica de manera más general.

Una gran ventaja son los bajos niveles de radiación electromagnética necesarios. Nuestro experimento muestra el potencial como un método de escaneo no invasivo para aplicaciones biomédicas, por ejemplo, para obtener imágenes de tejidos humanos o espectroscopía rotacional no destructiva de proteínas, dicen Barzanjeh y compañía.

Luego está la aplicación obvia como un radar sigiloso que es difícil de detectar para los adversarios sobre el ruido de fondo. Los investigadores dicen que podría ser útil para radares de baja potencia y corto alcance para aplicaciones de seguridad en entornos cerrados y poblados.

Ref: arxiv.org/abs/1908.03058 : Iluminación experimental cuántica de microondas

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