Исследователи из Аризонского университета продемонстрировали, что комбинация радиофотонного зондирования и квантовой метрологии может позволить создать радары с невиданной до сих пор точностью позиционирования. О своей разработке исследователи рассказали в журнале Physical Review Letters.

Традиционные радары преобразуют информацию из радиочастотных сигналов в электрический ток. Однако оптическое зондирование, которое использует фотоны — кванты света — для передачи информации, гораздо более эффективно. Мало того, что фотоны позволяют получить больше данных, чем электроны, что дает большую полосу пропускания сигнала, зондирование на основе фотоники может передавать этот сигнал на гораздо большие расстояния, чем зондирование на основе электроники, и с меньшим количеством помех. Поскольку оптические сигналы имеют так много преимуществ, авторы новой работы решили использовать электрооптический преобразователь для преобразования радиоволн в оптическую область с помощью метода радиофотонного зондирования.

После преобразования геолокационных данных в оптический диапазон исследователи применили метод, называемый квантовой метрологией. Обычно точность датчика ограничивается стандартным квантовым пределом — например, GPS-системы смартфона точны в масштабе 5 метров. Квантовая метрология использует запутанные частицы, чтобы преодолеть стандартный квантовый предел и провести сверхчувствительные измерения.

Как это работает? Запутанные частицы связаны друг с другом, поэтому все, что происходит с одной частицей, влияет на запутанные с ней, пока проводятся соответствующие измерения. Представьте себе руководителя и сотрудника, работающих вместе над проектом. Поскольку для сотрудника требуется время, чтобы поделиться информацией со своим руководителем с помощью таких методов, как электронная почта и встречи, эффективность их партнерства ограничена. Но если бы эти двое могли объединить свои мозги, сотрудник и руководитель мгновенно обменивались бы информацией и могли работать более эффективно.

Почти во всех предыдущих примерах квантовой метрологии, включая интерферометр LIGO, использовался только один датчик. Авторы новой работы впервые продемонстрировали, что сеть из трех датчиков можно запутать друг с другом. Все они при этом получают информацию от зондов и обрабатывают ее одновременно, сохраняя связь друг с другом.

Хотя в эксперименте использовались только три датчика, метод может быть применим к сетям из сотен датчиков. «Представьте себе, например, сеть для биологического зондирования: вы можете запутать биосенсоры так, чтобы они работали вместе и идентифицировали биологические молекулы или обнаруживали нейронную активность точнее классической технологии, — говорит один из исследователей, доцент кафедры материаловедения и инженерных и оптических наук Аризонского университета Жешен Чжан, — Этот метод может быть применен к любому применению, которое требует наличия массива или сети датчиков».