量子纠缠buff加持 可使雷达精度提高500倍
2022-01-13 21:56:37  出处:量子位  作者:行早 编辑:祥云     评论(0)点击可以复制本篇文章的标题和链接

“量子纠缠雷达”,听起来是不是像民科?

其实这可是物理学家正经研究的黑科技,还发表在了物理学顶刊PRL(物理评论快报)上。

论文里说,这种雷达的精度可达普通雷达的500倍。

量子纠缠buff加持 可使雷达精度提高500倍

等一下,量子纠缠和雷达,这俩是怎么凑到一块去的?

简单来说就是,量子纠缠可以弥补传统雷达信号衰减太快的缺点。

传统雷达在发射信号和接收信号这两个过程中,信号强度都随距离的二次方衰减。

合在一起就导致雷达信号随距离的四次方衰减。

这种程度的衰减是什么概念呢?我们来看一组数据就知道了:

假如一个信号发射器功率为1kW,加上增益为10的天线,去探测5公里外一个1平米的物体时,收到的反射信号只有几纳瓦。

而像我们平时用的手机,在满格信号的时候都有0.1W的辐射功率,是上述例子中接收到信号强度的一亿倍。

于是,为了拯救这种程度的衰减,研究人员开始想办法:方向无非是两种,要么增强辐射,要么优化接收。

如果选前者,实在太不划算,根据雷达信号的四次方衰减,要想把接收信号强度增强两倍,需要把辐射强度提高16倍。

因此,研究人员把目光放在接收的过程上。

这时候,量子纠缠登场了。

量子纠缠如何提高精度:

量子纠缠是量子力学中独有的一种现象,指的是微观粒子在一些物理性质上会有关联,天生就是配对的。

举个栗子,有一副正常的手套分装在两个盒子里,一定会有一只左手和一只右手。当确定其中一个的时候,另一个也随之确定,无论这两个盒子距离有多远。

量子纠缠buff加持 可使雷达精度提高500倍

像这样有某种暗戳戳的联系的两个微观粒子就处于纠缠态。

于是,研究人员想:如果我们生成一些相互纠缠的光子,然后只发射一半,等到信号被反射回来时,再用剩下的一半做对比。

量子纠缠buff加持 可使雷达精度提高500倍

无论信号怎么衰减,这些孪生光子都可以轻松配对,岂不是可以大大提高雷达精度?

计算结果也确实如其所料。

Quntao Zhuang和Jeffrey推导出,量子雷达的均方距离延迟精度要比传统的雷达高几十个分贝。

除了理论推理,研究人员还用无人机来实际检测了一下量子雷达精度。在100m远处检测无人机的情境下,量子雷达比传统雷达的精度高了60倍。

两者的对比可以直观得从下图中看出,其中横轴代表信噪比,纵轴代表均方距离延迟精度(越低越好),红线为量子雷达的表现:

量子纠缠buff加持 可使雷达精度提高500倍

从图中大体可以看出,量子雷达在全部信噪比区间都比传统雷达要好。

在信噪比较高(达到15-20分贝)时,量子雷达(红线)比传统雷达(蓝线和青线)有小幅精确度优势。

在较低信噪比情况下优势更为明显,例如信噪比在5-10分贝之间时,量子雷达的精度大约是传统雷达的500倍。

作者简介:

这项工作的研究人员是庄群韬和Jeffrey H. Shapiro。

庄群韬在2013年毕业于北京大学,2018年拿到麻省理工的物理学博士学位,目前在亚利桑那大学任助理教授。

量子纠缠buff加持 可使雷达精度提高500倍

而Jeffrey H. Shapiro是麻省理工电子研究实验室前主任,也是麻省理工光学和量子通信组主任。

量子纠缠buff加持 可使雷达精度提高500倍

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#雷达#量子

原文链接:量子位 责任编辑:祥云

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