Novinky z University of Science and Technology of China (USTC), nedávno tím LIDAR pod vedením Prof. Xianghui Xue výrazne pokročil vo výskume kvantových systémov LIDAR. Tím po prvýkrát predložil teóriu merania vetra lidar založenú na princípe kvantovej interferencie s konverziou a na základe tejto teoretickej inovácie úspešne vyvinul prototyp. V porovnaní s tradičným radarom na koherentné meranie vetra dosahuje nový systém dynamický rozsah detekcie rýchlosti 0-13 km/s a 7-násobné zlepšenie citlivosti detekcie. Tento výsledok bol zverejnený 15. augusta 2024 v ACS Photonics.
„Vidieť ďaleko, dobre vidieť, rýchlo merať a merať presne“ je cieľ, ktorý sleduje LIDAR. Jednofotónový LIDAR dosahuje detekciu jednofotónovej citlivosti v porovnaní s konvenčným LIDARom, čo výrazne zlepšilo výkon. Teória kvantového radaru využívajúca princípy kvantovej presnosti merania je však stále vo fáze vývoja. Od objavu dvojfotónovej (HOM) interferencie v roku 1987 sa HOM interferencia stala kľúčovým základným kameňom pri rozlišovaní kvantových javov od klasickej fyziky, čo znamená začiatok novej éry kvantového prieskumu. merania času a kvantovej stavovej analýzy, ale je tiež ústredným prvkom rôznych aplikácií v kvantovom spracovaní informácií. Inovácia teórie a aplikácie kvantovej presnosti merania založená na interferencii HOM sa stala aktuálnym výskumným centrom.
Skupina Xianghui Xue využíva interferencie HOM a kvantové vymazanie vyššieho rádu na to, aby nezávislé fotóny z rôznych svetelných zdrojov vykazovali kvantové interferenčné javy, a vyvíja dvojfotónový interferometrický atmosférický lidarový systém založený na detektoroch konverzie na základe tejto teórie. Tento prístup ponúka jednofotónovú citlivosť, vysokú kvantovú účinnosť, veľkú šírku detekčného pásma a použiteľnosť vo viacerých vlnových dĺžkach. Pomocou kvantového vymazania v kombinácii s metódou optického kompresného vzorkovania je tento kvantový radarový systém schopný zaznamenávať optické signály so vzorkovacou rýchlosťou MHz v šírke pásma 17 GHz (čo zodpovedá 13 km/s), čo rieši problém vysokej vzorkovacej frekvencie. a veľká kapacita dátového úložiska slabých signálov pri nepretržitej detekcii ultravysokorýchlostných cieľov a otvára cestu na realizáciu detekcie ultravysokorýchlostných súvislých rýchlostí až do desiatok kilometrov za sekundu.
Šírka pásma detekcie väčšia ako 17 GHz, chyba detekcie frekvencie 60 MHz alebo menej (chyba merača vlnovej dĺžky 60 MHz)
V experimente mimo poľa využíva kvantový interferenčný radarový systém energiu 70 μJ na realizáciu detekcie veterného poľa v horizontálnej vzdialenosti 16 km, čím sa dosahuje 7-násobné zlepšenie citlivosti detekcie s konzistenciou detekcie veterného poľa R{{3} },997 v porovnaní s existujúcim systémom LiDAR.
Detekcia veterného poľa na vzdialenosť 16 km s použitím energie 70μJ
Jadrom tejto technológie je využitie javu dvojfotónovej interferencie a zlepšenie pomeru signálu k šumu potlačením šumu pomocou kvantového vymazania. Dvojfotónová interferencia je kvantový optický jav, pri ktorom sa dva fotóny navzájom rušia a korelácie sú pozorované aj vtedy, keď nie sú prítomné v rovnakom čase. Kvantové vymazanie je na druhej strane kvantovo-mechanický proces, ktorý možno použiť na odstránenie alebo obnovenie stavu kvantového zapletenia medzi dvoma fotónmi manipuláciou s ďalšími fotónmi.
Telemetria ukázala, že táto technika má veľký potenciál na meranie slabého signálu. Optické frekvencie možno detegovať bez použitia zariadenia na rozlišovanie frekvencie, čo je nová metóda detekcie, ktorá kombinuje výhody priamej a koherentnej detekcie. Radarový systém bol integrovaný a zhutnený optickými vláknami s potenciálnymi budúcimi aplikáciami na nepretržité diaľkové snímanie meraní ultra-vysokorýchlostne sa pohybujúcich tvrdých a mäkkých cieľov.
