Novinky z University of Science and Technology of China (USTC), nedávno tým LIDAR vedený prof. Xianghui Xue významně pokročil ve výzkumu kvantových systémů LIDAR. Tým poprvé předložil teorii měření větru lidar založenou na principu kvantové interference upconversion a na základě této teoretické inovace úspěšně vyvinul prototyp. Ve srovnání s tradičním radarem pro koherentní měření větru dosahuje nový systém dynamický rozsah detekce rychlosti 0-13 km/s a 7-násobné zlepšení citlivosti detekce. Tento výsledek byl zveřejněn 15. srpna 2024 v ACS Photonics.
"Vidět daleko, vidět dobře, měřit rychle a měřit přesně" je cíl, který sleduje LIDAR. Jednofotonový LIDAR dosahuje detekce jednofotonové citlivosti ve srovnání s konvenčním LIDARem, což výrazně zlepšilo výkon. Teorie kvantového radaru využívající více principů kvantové přesnosti měření je však stále ve fázi vývoje. Od objevu dvoufotonové (HOM) interference v roce 1987 se interference HOM stala klíčovým základním kamenem pro odlišení kvantových jevů od klasické fyziky, což znamená úsvit nové éry kvantového průzkumu. Interference HOM hraje nejen zásadní roli v přesných měření času a kvantová stavová analýza, ale je také ústřední pro různé aplikace v kvantovém zpracování informací. Inovace teorie a aplikace kvantové přesnosti měření založené na interferenci HOM se stala aktuálním výzkumným centrem.
Skupina Xianghui Xue využívá HOM interferenci a kvantové mazání vyššího řádu k tomu, aby nezávislé fotony z různých světelných zdrojů vykazovaly kvantové interferenční jevy, a vyvíjí dvoufotonový interferometrický atmosférický lidarový systém založený na upkonverzních detektorech založených na této teorii. Tento přístup nabízí jednofotonovou citlivost, vysokou kvantovou účinnost, velkou šířku detekčního pásma a použitelnost na více vlnových délkách. Pomocí kvantového mazání v kombinaci s metodou optického kompresního vzorkování je tento kvantový radarový systém schopen zaznamenávat optické signály se vzorkovací frekvencí MHz v šířce pásma 17 GHz (odpovídá 13 km/s), což řeší problém vysoké vzorkovací frekvence. a velká kapacita pro ukládání dat slabých signálů při kontinuální detekci ultravysokorychlostních cílů a připravuje cestu k realizaci detekce ultravysokorychlostních kontinuálních rychlostí až do desítek kilometrů za sekundu.
Šířka pásma detekce větší než 17 GHz, chyba detekce frekvence Méně než nebo rovna 60 MHz (chyba měřiče vlnové délky 60 MHz)
V experimentu mimo pole využívá kvantový interferenční radarový systém energii 70 μJ k realizaci detekce větrného pole v horizontální vzdálenosti 16 km, čímž je dosaženo 7-násobného zlepšení citlivosti detekce s konzistencí detekce větrného pole R{{3} }.997 ve srovnání se stávajícím systémem LiDAR.
Detekce větrného pole na vzdálenost 16 km s využitím energie 70μJ
Jádrem této technologie je využití jevu dvoufotonové interference a zlepšení poměru signálu k šumu potlačením šumu pomocí kvantového vymazání. Dvoufotonová interference je kvantový optický jev, při kterém se dva fotony vzájemně interferují a korelace jsou pozorovány i tehdy, když nejsou přítomny současně. Na druhé straně kvantové vymazání je kvantově-mechanický proces, který lze použít k odstranění nebo obnovení stavu kvantového zapletení mezi dvěma fotony manipulací s dalšími fotony.
Telemetrie ukázala, že tato technika má velký potenciál pro měření slabého signálu. Optické frekvence lze detekovat bez použití zařízení pro rozlišení frekvence, což je nová metoda detekce, která kombinuje výhody přímé a koherentní detekce. Radarový systém byl integrován a zhutněn vláknovou optikou s potenciálními budoucími aplikacemi pro nepřetržité dálkové snímání měření ultravysokorychlostně se pohybujících tvrdých a měkkých cílů.
