Novosti sa Sveučilišta za znanost i tehnologiju Kine (USTC), nedavno je LIDAR tim predvođen prof. Xianghui Xueom napravio značajan napredak u istraživanju kvantnih LIDAR sustava. Tim je po prvi put iznio teoriju lidara za mjerenje vjetra na temelju principa kvantne interferencije konverzije naviše i na temelju ove teorijske inovacije uspješno je razvio prototip. U usporedbi s tradicionalnim koherentnim radarom za mjerenje vjetra, novi sustav ostvaruje dinamički raspon detekcije od 0-13km/s brzine i 7-struko poboljšanje osjetljivosti detekcije. Ovaj je rezultat objavljen 15. kolovoza 2024. u ACS Photonicsu.
"Vidjeti daleko, vidjeti dobro, mjeriti brzo i mjeriti točno" cilj je kojem teži LIDAR. Jednofotonski LIDAR postiže detekciju osjetljivosti jednog fotona u usporedbi s konvencionalnim LIDAR-om, koji je uvelike poboljšao performanse. Međutim, teorija kvantnog radara koja koristi kvantno preciznije mjerne principe još je u fazi razvoja. Od otkrića dvofotonske (HOM) interferencije 1987. godine, HOM interferencija je postala ključni kamen temeljac u razlikovanju kvantnih fenomena od klasične fizike, označavajući početak nove ere kvantnog istraživanja. HOM interferencija ne igra samo temeljnu ulogu u preciznom mjerenja vremena i analizu kvantnog stanja, ali je također središnji za razne primjene u kvantnoj obradi informacija. Inovacija teorije mjerenja kvantne preciznosti i primjene koja se temelji na HOM interferenciji postala je trenutno žarište istraživanja.
Grupa Xianghui Xue koristi HOM interferenciju i kvantno brisanje višeg reda kako bi neovisni fotoni iz različitih izvora svjetlosti pokazali fenomen kvantne interferencije i razvijaju dvofotonski interferometrijski atmosferski lidarski sustav temeljen na detektorima konverzije naviše temeljen na ovoj teoriji. Ovaj pristup nudi osjetljivost na jedan foton, visoku kvantnu učinkovitost, veliku propusnost detekcije i primjenjivost na više valnih duljina. Koristeći kvantno brisanje u kombinaciji s metodom optičkog kompresijskog uzorkovanja, ovaj kvantni radarski sustav može snimati optičke signale s brzinom uzorkovanja od MHz preko pojasne širine od 17 GHz (što odgovara 13 km/s), što rješava problem visoke stope uzorkovanja i veliki kapacitet pohrane podataka slabih signala u kontinuiranom otkrivanju ultrabrzih ciljeva, te utire put realizaciji detekcije ultrabrzih kontinuiranih brzina do desetaka kilometara/sekundi.
Više od 17GHz širine detekcije, pogreška detekcije frekvencije Manja ili jednaka 60MHz (pogreška mjerača valne duljine 60MHz)
U vanjskom eksperimentu, radarski sustav kvantne interferencije koristi energiju od 70 μJ za realizaciju detekcije polja vjetra na horizontalnoj udaljenosti od 16 km, čime se postiže 7-struko poboljšanje osjetljivosti detekcije s dosljednošću detekcije polja vjetra od R{{3} }.997 u usporedbi s postojećim LiDAR sustavom.
Detekcija polja vjetra na udaljenosti od 16 km koristeći energiju od 70 μJ
Srž ove tehnologije je korištenje fenomena dvofotonske interferencije i poboljšanje omjera signala i šuma potiskivanjem šuma putem kvantnog brisanja. Dvofotonska interferencija je kvantni optički fenomen u kojem dva fotona interferiraju jedan s drugim, a korelacije se uočavaju čak i kada nisu prisutni u isto vrijeme. S druge strane, kvantno brisanje je kvantno-mehanički proces koji se može koristiti za uklanjanje ili ponovno uspostavljanje stanja kvantne isprepletenosti između dva fotona manipuliranjem dodatnim fotonima.
Telemetrija je pokazala da tehnika ima veliki potencijal za mjerenje slabog signala. Optičke frekvencije mogu se detektirati bez upotrebe uređaja za diskriminiranje frekvencija, što je nova metoda detekcije koja kombinira prednosti izravne i koherentne detekcije. Radarski sustav je optički integriran i zbijen, s potencijalnim budućim primjenama za kontinuirana daljinska mjerenja ultrabrzih pokretnih tvrdih i mekih ciljeva.
