Η σύντομη παράξενη ζωή —και πιθανή μετά θάνατον ζωή— του κβαντικού ραντάρ

Ένα οραματικό σχέδιο

Ωστόσο, ο υπολογισμός έδωσε στους πειραματιστές έναν στόχο. Το 2015, ερευνητές στο MIT επέδειξαν κβαντικό φωτισμό σε οπτικές συχνότητες, συνειδητοποιώντας μια αύξηση 20% στο σήμα προς το θόρυβο. Αλλά αυτό το πείραμα είχε έναν σημαντικό περιορισμό. Η όλη ιδέα ήταν να ανιχνεύσουμε ένα αντικείμενο σε φωτεινό φόντο, αλλά υπάρχει πολύ λίγο οπτικό φόντο σε θερμοκρασία δωματίου - το περιβάλλον σας δεν λάμπει ορατά. Έτσι, η ομάδα του MIT έπρεπε να δημιουργήσει τεχνητό φως φόντου.

Τα πράγματα είναι διαφορετικά στη ζώνη μικροκυμάτων, όπου λειτουργεί το ραντάρ, λέει ο Johannes Fink, πειραματικός φυσικός στο Ινστιτούτο Επιστήμης και Τεχνολογίας της Αυστρίας. Σε θερμοκρασία δωματίου, τα μικροκύματα ρέουν από τα πάντα, ακόμη και από τον αέρα. «Οι άνθρωποι ενδιαφέρονται για τον φούρνο μικροκυμάτων γιατί το φόντο είναι πάντα παρόν», λέει. Οι τεχνολογίες Stealth κρύβουν τα στρατιωτικά αεροπλάνα καταστέλλοντας την ανακλαστικότητά τους στις συχνότητες μικροκυμάτων, έτσι ώστε η λάμψη του περιβάλλοντος να καλύπτει τις αντανακλάσεις του αεροπλάνου.

Ο κβαντικός φωτισμός φαινόταν να υπόσχεται έναν τρόπο να νικήσουμε τις τεχνολογίες stealth. Ωστόσο, η επίδειξη του σχήματος με μικροκύματα έχει αποδειχθεί τρομακτική. Οι φυσικοί μπορούν να δημιουργήσουν ζεύγη εμπλεκόμενων παλμών μικροκυμάτων από μεμονωμένους παλμούς χρησιμοποιώντας, αντί για κρύσταλλο, ένα gizmo που ονομάζεται παραμετρικός μετατροπέας Josephson. Αλλά αυτή η συσκευή λειτουργεί μόνο σε θερμοκρασίες κοντά στο απόλυτο μηδέν, κάτι που απαιτεί εργασία σε κρυοστατικούς που ψύχονται με υγρό ήλιο.

Ωστόσο, το 2019 ο Wilson και οι συνεργάτες του έδειξαν ότι μπορούσαν να δημιουργήσουν μπερδεμένα μικροκύματα και να τα χρησιμοποιήσουν για να ανιχνεύσουν ένα αντικείμενο μέσα στον ίδιο κρυοστάτη, όπως ανέφεραν τον Μάρτιο του 2019 στο Applied Physics Letters . Απεργοσπάστης; Shabir Barzanjeh, ένας φυσικός τώρα στο Πανεπιστήμιο του Κάλγκαρι. και οι συνάδελφοί τους πραγματοποίησαν ένα παρόμοιο πείραμα, αλλά ενίσχυσαν τον παλμό του σήματος και τον οδήγησαν έξω από τον κρυοστάτη για να ανιχνεύσουν ένα αντικείμενο σε θερμοκρασία δωματίου, όπως ανέφεραν στις 8 Μαΐου στο Εξελίξεις της Επιστήμης .

Αλλά για να λειτουργήσει πραγματικά το σχήμα, οι φυσικοί πρέπει επίσης να διατηρήσουν τον διατηρημένο παλμό μικροκυμάτων μέχρι να επιστρέψει ο ανακλώμενος παλμός (ή το φόντο που τον αντικαθιστά). Στη συνέχεια, και οι δύο παλμοί μπορούν να μετρηθούν μαζί με τρόπο που να επιτρέπει στα κβαντικά κύματα να παρεμβαίνουν. Μέχρι στιγμής, όμως, κανείς δεν το έχει κάνει. Αντίθετα, έχουν μετρήσει αμέσως τον διατηρούμενο παλμό και τον παλμό που επιστρέφει αργότερα, κάτι που στα πειράματα εξαλείφει κάθε κέρδος από τις κβαντικές συσχετίσεις.

Ακόμα κι αν οι πειραματιστές μπορούν να ξεπεράσουν τα τεχνικά εμπόδια, το κβαντικό ραντάρ θα εξακολουθούσε να υποφέρει από μια μοιραία αδυναμία, λένε οι ερευνητές. Οι μπερδεμένοι παλμοί των μικροκυμάτων παρέχουν ένα πλεονέκτημα μόνο όταν οι παλμοί εκπομπής είναι εξαιρετικά αδύναμοι. Οι επιπλέον κβαντικές συσχετίσεις εξαφανίζονται αν οι παλμοί περιέχουν σημαντικά περισσότερα από ένα φωτόνια - κάτι που συμβαίνει σε συντριπτική πλειοψηφία στα πραγματικά ραντάρ. "Εάν αυξήσετε την ισχύ, δεν θα δείτε καμία διαφορά μεταξύ του κβαντικού και του κλασικού", λέει ο Barzanjeh. Και η εκκίνηση του ρεύματος είναι ένας πολύ πιο εύκολος τρόπος για να βελτιώσετε την ευαισθησία.

Τέτοιες σκέψεις υποδηλώνουν ότι το κβαντικό ραντάρ δεν θα αναπτυχθεί ποτέ για χρήσεις μεγάλης εμβέλειας, όπως η παρακολούθηση αεροπλάνων, λέει ο Fabrice Boust, φυσικός στη γαλλική αεροδιαστημική υπηρεσία, ONERA, που ειδικεύεται στα ραντάρ. Και όποιο σύστημα κι αν έχει αναπτύξει η Κίνα, είναι σχεδόν βέβαιο ότι δεν είναι ένα κβαντικό ραντάρ όπως συνήθως φαίνεται, λέει. «Είμαι πεπεισμένος ότι όταν ανακοίνωσαν το κβαντικό ραντάρ τους δεν λειτουργούσε», λέει ο Boust. "Αλλά ήξεραν ότι θα είχαν αντίδραση."

Ο Φινκ λέει ότι ο προσωπικός του στόχος παραμένει επιστημονικός:η επίδειξη στο εργαστήριο του πραγματικού πλεονεκτήματος -όσο μικρό κι αν είναι- της εμπλοκής για την ανίχνευση αντικειμένων που κρύβονται από τη λάμψη. Αλλά το όνειρο της δημιουργίας ενός κβαντικού ραντάρ για την ανίχνευση αεροσκαφών stealth πιθανότατα θα εξαφανιστεί, λέει ο Giacomo Sorelli, θεωρητικός στο Πανεπιστήμιο της Σορβόννης. "Η κατάργηση της μακροπρόθεσμης εφαρμογής της τεχνολογίας θα αποσπάσει σίγουρα μεγάλο μέρος του ενδιαφέροντος των χρηματοδοτικών οργανισμών", λέει.

Ο Shapiro είναι λιγότερο σίγουρος. Αυτή την εβδομάδα, σημειώνει, οι ερευνητές συζήτησαν ξανά το κβαντικό ραντάρ σε μια ειδική συνεδρία του διαδικτυακού συνεδρίου ραντάρ του Ινστιτούτου Ηλεκτρολόγων και Ηλεκτρονικών Μηχανικών.