Новини от Университета за наука и технологии на Китай (USTC), наскоро екипът на LIDAR, ръководен от проф. Xianghui Xue, постигна значителен напредък в изследването на квантовите LIDAR системи. Екипът за първи път представи теорията за лидар за измерване на вятъра, базирана на принципа на квантовата интерференция с преобразуване нагоре, и въз основа на тази теоретична иновация успешно разработи прототип. В сравнение с традиционния кохерентен радар за измерване на вятъра, новата система реализира динамичен диапазон на откриване от 0-13km/s скорост и 7-кратно подобрение на чувствителността на откриване. Този резултат беше публикуван на 15 август 2024 г. в ACS Photonics.
„Да виждаш надалеч, да виждаш добре, да измерваш бързо и да измерваш точно“ е целта, преследвана от LIDAR. Еднофотонният LIDAR постига откриване на чувствителност на един фотон в сравнение с конвенционалния LIDAR, което значително подобри производителността. Въпреки това, теорията на квантовия радар, използваща повече принципи на квантово прецизно измерване, все още е в етап на развитие. След откриването на двуфотонната (HOM) интерференция през 1987 г., HOM интерференцията се превърна в ключов крайъгълен камък в разграничаването на квантовите явления от класическата физика, отбелязвайки зората на нова ера на квантовите изследвания. HOM интерференцията не само играе основна роля в прецизните измервания на времето и анализ на квантовото състояние, но също така е централно за различни приложения в обработката на квантовата информация. Иновациите в теорията и приложението на квантовата прецизност на измерването, базирани на HOM интерференция, се превърнаха в текуща изследователска гореща точка.
Групата на Xianghui Xue използва HOM интерференция и квантово изтриване от по-висок порядък, за да накара независими фотони от различни източници на светлина да показват феномен на квантова интерференция и разработва двуфотонна интерферометрична атмосферна лидарна система, базирана на детектори за преобразуване нагоре, базирани на тази теория. Този подход предлага чувствителност към един фотон, висока квантова ефективност, голяма честотна лента на откриване и приложимост на много дължини на вълните. Използвайки квантово изтриване, комбинирано с оптичен компресивен метод на семплиране, тази квантова радарна система е в състояние да записва оптични сигнали с честота на семплиране от MHz при честотна лента от 17 GHz (съответстващо на 13 km/s), което решава проблема с високата честота на семплиране и голям капацитет за съхранение на данни на слаби сигнали при непрекъснато откриване на ултрависокоскоростни цели и проправя пътя за реализиране на откриването на ултрависокоскоростни непрекъснати скорости до десетки километри/секунда.
Повече от 17GHz честотна лента на откриване, грешка при откриване на честота По-малка или равна на 60MHz (грешка на измервателя на дължината на вълната 60MHz)
В полевия експеримент радарната система за квантова интерференция използва 70 μJ енергия, за да реализира откриване на полето на вятъра на хоризонтално разстояние от 16 km, което постига 7-кратно подобрение на чувствителността на откриване с консистенция на откриване на полето на вятъра от R{{3} }.997 в сравнение със съществуващата система LiDAR.
Откриване на полето на вятъра на 16 km разстояние, използвайки 70 μJ енергия
Ядрото на тази технология е да използва феномена на двуфотонна интерференция и да подобри съотношението сигнал/шум чрез потискане на шума чрез квантово изтриване. Двуфотонната интерференция е квантов оптичен феномен, при който два фотона се намесват един в друг и се наблюдават корелации, дори когато не присъстват едновременно. Квантовото изтриване, от друга страна, е квантово-механичен процес, който може да се използва за елиминиране или възстановяване на състоянието на квантово заплитане между два фотона чрез манипулиране на допълнителни фотони.
Телеметрията показа, че техниката има голям потенциал за измерване на слаб сигнал. Оптичните честоти могат да бъдат открити без използването на устройство за честотна дискриминация, нов метод за детекция, който съчетава предимствата на директното и кохерентно детектиране. Радарната система е оптично интегрирана и уплътнена с потенциални бъдещи приложения за непрекъснати измервания с дистанционно наблюдение на свръхвисокоскоростни движещи се твърди и меки цели.
