Новини Університету науки і технологій Китаю (USTC), нещодавно команда LIDAR під керівництвом професора Xianghui Xue досягла значного прогресу в дослідженні квантових систем LIDAR. Команда вперше висунула теорію лідара для вимірювання вітру, засновану на принципі квантової інтерференції з підвищенням частоти, і на основі цієї теоретичної інновації успішно розробила прототип. Порівняно з традиційним радаром когерентного вимірювання вітру, нова система реалізує динамічний діапазон виявлення швидкості 0-13км/с і 7-кратне підвищення чутливості виявлення. Цей результат був опублікований 15 серпня 2024 року в ACS Photonics.
«Бачити далеко, бачити добре, вимірювати швидко і вимірювати точно» - це мета, яку переслідує LIDAR. Однофотонний LIDAR забезпечує виявлення однофотонної чутливості порівняно зі звичайним LIDAR, що значно покращило продуктивність. Проте теорія квантового радара, що використовує більш точні квантові принципи вимірювання, все ще знаходиться на стадії розробки. З моменту відкриття двофотонної (HOM) інтерференції в 1987 році, HOM інтерференція стала ключовим наріжним каменем у відмежуванні квантових явищ від класичної фізики, знаменуючи світанок нової ери квантових досліджень. HOM інтерференція не тільки відіграє фундаментальну роль у точних вимірювань часу та аналізу квантового стану, але також є центральним для різних застосувань у квантовій обробці інформації. Інноваційна теорія вимірювання квантової точності та застосування на основі інтерференції HOM стала актуальною точкою досліджень.
Група Xianghui Xue використовує інтерференцію HOM і квантове стирання вищого порядку, щоб змусити незалежні фотони від різних джерел світла виявляти явище квантової інтерференції, і розробляє двофотонну інтерферометричну атмосферну лідарну систему на основі детекторів з підвищенням частоти на основі цієї теорії. Цей підхід забезпечує чутливість до одного фотона, високу квантову ефективність, широку смугу детектування та застосовність на кількох довжинах хвилі. Використовуючи квантове стирання в поєднанні з методом оптичної компресійної дискретизації, ця квантова радарна система здатна записувати оптичні сигнали з частотою дискретизації МГц у смузі пропускання 17 ГГц (що відповідає 13 км/с), що вирішує проблему високої частоти дискретизації. і велика ємність для зберігання даних слабких сигналів у безперервному виявленні надвисокошвидкісних цілей і прокладає шлях до реалізації виявлення надвисоких безперервних швидкостей до десятків кілометрів/секунду.
Смуга пропускання понад 17 ГГц, помилка виявлення частоти менше або дорівнює 60 МГц (похибка вимірювача довжини хвилі 60 МГц)
У польовому експерименті радарна система квантових перешкод використовує енергію 70 мкДж для виявлення поля вітру на горизонтальній відстані 16 км, що забезпечує 7-кратне покращення чутливості виявлення з узгодженістю виявлення поля вітру R{{3} }.997 порівняно з існуючою системою LiDAR.
Виявлення поля вітру на відстані 16 км з використанням енергії 70 мкДж
Суть цієї технології полягає у використанні явища двофотонної інтерференції та покращенні співвідношення сигнал/шум шляхом придушення шуму через квантове стирання. Двофотонна інтерференція — це квантове оптичне явище, при якому два фотони взаємодіють один з одним і спостерігаються кореляції, навіть якщо вони не присутні одночасно. З іншого боку, квантове стирання — це квантово-механічний процес, який можна використовувати для усунення або відновлення стану квантової заплутаності між двома фотонами шляхом маніпулювання додатковими фотонами.
Телеметрія показала, що ця техніка має великий потенціал для вимірювання слабких сигналів. Оптичні частоти можна виявити без використання пристрою частотної дискримінації, нового методу виявлення, який поєднує в собі переваги прямого та когерентного виявлення. Радарна система була оптоволоконно інтегрована та ущільнена з можливими майбутніми застосуваннями для безперервних вимірювань дистанційного зондування надвисокошвидкісних рухомих твердих і м’яких цілей.
