Novice z Univerze za znanost in tehnologijo Kitajske (USTC), pred kratkim je skupina LIDAR, ki jo vodi prof. Xianghui Xue, dosegla pomemben napredek pri raziskavah kvantnih sistemov LIDAR. Ekipa je prvič predstavila teorijo lidarja za merjenje vetra, ki temelji na principu kvantne interference s pretvorbo navzgor, in na podlagi te teoretične inovacije uspešno razvila prototip. V primerjavi s tradicionalnim koherentnim radarjem za merjenje vetra novi sistem realizira dinamično območje zaznavanja hitrosti 0-13km/s in 7-kratno izboljšavo občutljivosti zaznavanja. Ta rezultat je bil objavljen 15. avgusta 2024 v ACS Photonics.
»Vidjeti daleč, videti dobro, meriti hitro in meriti natančno« je cilj, ki mu sledi LIDAR. Enofotonski LIDAR doseže zaznavanje občutljivosti enega fotona v primerjavi z običajnim LIDARjem, ki je močno izboljšal zmogljivost. Vendar pa je teorija kvantnega radarja, ki uporablja bolj kvantno natančne merilne principe, še vedno v fazi razvoja. Od odkritja dvofotonske (HOM) interference leta 1987 je interferenca HOM postala ključni temelj pri razlikovanju kvantnih pojavov od klasične fizike, kar označuje začetek nove dobe kvantnega raziskovanja. Interferenca HOM nima le temeljne vloge pri natančnem časovne meritve in analizo kvantnega stanja, vendar je tudi osrednjega pomena za različne aplikacije v kvantni obdelavi informacij. Inovacija kvantne natančne meritvene teorije in aplikacije, ki temelji na interferenci HOM, je postala trenutna raziskovalna točka.
Skupina Xianghui Xue uporablja interferenco HOM in kvantno brisanje višjega reda, da neodvisni fotoni iz različnih svetlobnih virov pokažejo fenomene kvantne interference, in razvija dvofotonski interferometrični atmosferski lidarski sistem, ki temelji na detektorjih pretvorbe navzgor, ki temeljijo na tej teoriji. Ta pristop ponuja občutljivost na en foton, visoko kvantno učinkovitost, veliko pasovno širino zaznavanja in uporabnost na več valovnih dolžinah. Z uporabo kvantnega brisanja v kombinaciji z metodo optičnega kompresijskega vzorčenja lahko ta kvantni radarski sistem snema optične signale s hitrostjo vzorčenja MHz v pasovni širini 17 GHz (kar ustreza 13 km/s), kar rešuje problem visoke hitrosti vzorčenja. in veliko zmogljivostjo shranjevanja podatkov o šibkih signalih pri neprekinjenem zaznavanju ultravisokih hitrih ciljev ter utira pot realizaciji zaznavanja ultrahitrostnih neprekinjenih hitrosti do več deset kilometrov/sekundo.
Pasovna širina zaznavanja več kot 17 GHz, napaka zaznavanja frekvence manjša ali enaka 60 MHz (napaka merilnika valovne dolžine 60 MHz)
V zunanjem poskusu kvantni interferenčni radarski sistem uporablja 70 μJ energije za realizacijo zaznavanja vetrnega polja na vodoravni razdalji 16 km, kar doseže 7-kratno izboljšanje občutljivosti zaznavanja z doslednostjo zaznavanja vetrnega polja R{{3} }.997 v primerjavi z obstoječim sistemom LiDAR.
Zaznavanje polja vetra na razdalji 16 km z uporabo energije 70 μJ
Jedro te tehnologije je uporaba pojava dvofotonske interference in izboljšanje razmerja med signalom in šumom z dušenjem šuma s kvantnim izbrisom. Dvofotonska interferenca je kvantni optični pojav, pri katerem dva fotona interferirata drug z drugim in opazimo korelacije, tudi če nista prisotna hkrati. Po drugi strani pa je kvantno brisanje kvantno-mehanski proces, ki ga je mogoče uporabiti za odpravo ali obnovitev stanja kvantne prepletenosti med dvema fotonoma z manipulacijo dodatnih fotonov.
Telemetrija je pokazala, da ima tehnika velik potencial za meritve šibkega signala. Optične frekvence je mogoče zaznati brez uporabe frekvenčne diskriminacijske naprave, nove metode zaznavanja, ki združuje prednosti neposrednega in koherentnega zaznavanja. Radarski sistem je bil integriran in stisnjen z optičnimi vlakni, z možnimi prihodnjimi aplikacijami za neprekinjeno daljinsko zaznavanje meritev izjemno hitrih premikajočih se trdih in mehkih ciljev.
