Noticias de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC): recientemente, el equipo LIDAR dirigido por el profesor Xianghui Xue ha logrado un progreso significativo en la investigación de sistemas LIDAR cuánticos. El equipo presentó por primera vez la teoría del lidar de medición del viento basada en el principio de interferencia cuántica de conversión ascendente y, basándose en esta innovación teórica, desarrolló con éxito un prototipo. En comparación con el radar de medición del viento coherente tradicional, el nuevo sistema logra un rango de detección dinámico de una velocidad de 0-13 km/s y una mejora de 7- veces en la sensibilidad de detección. Este resultado se publicó el 15 de agosto de 2024 en ACS Photonics.
"Ver lejos, ver bien, medir rápido y medir con precisión" es el objetivo que persigue el LIDAR. El LIDAR de fotón único logra una detección con sensibilidad de fotón único en comparación con el LIDAR convencional, lo que ha mejorado enormemente el rendimiento. Sin embargo, la teoría del radar cuántico que utiliza principios de medición de precisión más cuántica aún está en etapa de desarrollo. Desde el descubrimiento de la interferencia de dos fotones (HOM) en 1987, la interferencia HOM se ha convertido en una piedra angular clave para distinguir los fenómenos cuánticos de la física clásica, marcando el amanecer de una nueva era de exploración cuántica. La interferencia HOM no solo desempeña un papel fundamental en las mediciones precisas de tiempo y el análisis de estados cuánticos, sino que también es central para varias aplicaciones en el procesamiento de información cuántica. La innovación de la teoría de medición de precisión cuántica y la aplicación basada en la interferencia HOM se ha convertido en un foco de investigación actual.
El grupo de Xianghui Xue utiliza la interferencia HOM y el borrado cuántico de orden superior para hacer que fotones independientes de diferentes fuentes de luz exhiban fenómenos de interferencia cuántica, y desarrolla un sistema lidar atmosférico interferométrico de dos fotones basado en detectores de conversión ascendente basados en esta teoría. Este enfoque ofrece sensibilidad de fotón único, alta eficiencia cuántica, gran ancho de banda de detección y aplicabilidad de múltiples longitudes de onda. Utilizando el borrado cuántico combinado con un método de muestreo de compresión óptica, este sistema de radar cuántico es capaz de registrar señales ópticas con una frecuencia de muestreo de MHz en un ancho de banda de 17 GHz (correspondiente a 13 km/s), lo que resuelve el problema de la alta frecuencia de muestreo y la gran capacidad de almacenamiento de datos de señales débiles en la detección continua de objetivos de velocidad ultraalta, y allana el camino para lograr la detección de velocidades continuas de velocidad ultraalta de hasta decenas de kilómetros/segundo.
Ancho de banda de detección superior a 17 GHz, error de detección de frecuencia menor o igual a 60 MHz (error del medidor de longitud de onda 60 MHz)
En el experimento de campo, el sistema de radar de interferencia cuántica utiliza 70 μJ de energía para lograr la detección del campo de viento a una distancia horizontal de 16 km, lo que logra una mejora de 7- veces en la sensibilidad de detección con una consistencia de detección del campo de viento de R2=0.997 en comparación con el sistema LiDAR existente.
Detección del campo de viento a 16 km de distancia utilizando energía de 70 μJ
El núcleo de esta tecnología es utilizar el fenómeno de interferencia de dos fotones y mejorar la relación señal/ruido mediante la supresión del ruido a través del borrado cuántico. La interferencia de dos fotones es un fenómeno óptico cuántico en el que dos fotones interfieren entre sí y se observan correlaciones incluso cuando no están presentes al mismo tiempo. El borrado cuántico, por otro lado, es un proceso mecánico cuántico que se puede utilizar para eliminar o restaurar el estado de entrelazamiento cuántico entre dos fotones mediante la manipulación de fotones adicionales.
La telemetría ha demostrado que la técnica tiene un gran potencial para las mediciones de señales débiles. Las frecuencias ópticas se pueden detectar sin el uso de un dispositivo de discriminación de frecuencia, un nuevo método de detección que combina las ventajas de la detección directa y coherente. El sistema de radar se ha integrado y compactado mediante fibra óptica, con posibles aplicaciones futuras para mediciones continuas por teledetección de objetivos duros y blandos en movimiento a velocidades ultrarrápidas.
