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小怪兽科技圈借助纠缠的光子来检测物体，物理学家研制“量子雷达”原型

量子物理让科学家们产生了许多有趣的创意 ， 比如奥地利科技学院（ISTAustria）的一支研究团队 ， 就介绍了他们的“量子雷达”原型 。 据悉 ， 量子纠缠描述了一种奇异的状态 ， 无论相隔多远 ， 处于纠缠态的一对粒子都能够紧密联系、实时通信 。 基于此 ， 研究团队提出了一种“量子雷达”原型 。 在某些应用场景下 ， 其表现有望超越传统的雷达 。
小怪兽科技圈借助纠缠的光子来检测物体，物理学家研制“量子雷达”原型
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原理图（来自：ISTAustria）
尽管我们仍不清楚量子纠缠是如何起作用的 ， 但这并不能阻止科学家们积极利用这项物理特性 。
除了高保密性的量子网络通信 ， 比如奥地利科技学院、麻省理工和约克大学的物理学家们 ， 就试图将这一现象应用于“量子雷达” 。
传统雷达的工作原理是发射无线电波或微波 ， 然后接收侦听各个方向的信号回弹 ， 以清晰描绘出特定区域中的物体 。
【小怪兽科技圈借助纠缠的光子来检测物体，物理学家研制“量子雷达”原型】新型‘量子雷达’的原理与之相同 ， 但它发射的是光波、而不是无线电波 。
首先 ， 研究人员准备了一对纠缠态的光子 。 其中一个属于“信号”（signal）光子 ， 另一个则被当做“惰轮”（idler） 。
在将信号光子发送到被检测的物体上时 ， 惰轮光子继续保持不受任何干扰的隔离状态 。 当信号返回时 ， 它会发生变化、并且对惰轮光子产生即时的影响 。
基于此 ， ‘量子雷达’设备可通过检查惰轮光子 ， 来确定该区域中是否存在目标物体 。
反弹信号时 ， 两种类型的光子之间会丢失真正的量子纠缠 ， 但保留了足够的信息来创建可确定物体读数的签名特征（signature） 。
尽管这个过程相当脆弱、后续仍开展大量的实验 ， 但研究团队称 ， 在某些情况下 ， “量子雷达”的表现比经典雷达更优异 。
与低功率雷达相比 ， 这项新技术可从背景噪声中更有效地挑出目标物体 。 论文一作ShabirBarzanjeh表示：
我们提供了微波量子雷达的概念证明 ， 利用比绝对零（-273.14°C）高出千分之一度的纠缠 ， 已能够在室温下检测低反射率的物体 。
不过除了改进雷达系统 ， 这项新技术最终还有望在安全扫描仪、以及人体组织的医学成像等领域 。
有关这项研究的详情 ， 已经发表在近日出版的《科学进展》（ScienceAdvances）期刊上 。
_本文原题为为《Microwavequantumilluminationusingadigitalreceiver》


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