Des physiciens de l'Institut des sciences et technologies d'Autriche (IST Autriche) ont inventé un nouveau prototype de radar qui utilise l'intrication quantique comme méthode de détection d'objets. Cette intégration réussie de la mécanique quantique dans les appareils pourrait avoir un impact significatif sur les industries biomédicales et de sécurité. La recherche est publiée dans la revue Avancées scientifiques .

L'intrication quantique est un phénomène physique par lequel deux particules restent interconnectées, partageant des traits physiques indépendamment de la distance qui les sépare les uns des autres. Maintenant, des scientifiques du groupe de recherche du professeur Johannes Fink de l'Institute of Science and Technology Austria (IST Austria) ainsi que des collaborateurs Stefano Pirandola du Massachusetts Institute of Technology (MIT) et de l'Université de York, ROYAUME-UNI, et David Vitali de l'Université de Camerino, Italie - ont fait la démonstration d'un nouveau type de technologie de détection appelée illumination quantique micro-ondes qui utilise des photons micro-ondes intriqués comme méthode de détection. Le Prototype, qui est également connu sous le nom de radar quantique, est capable de détecter des objets dans des environnements thermiques bruyants où les systèmes radar classiques échouent souvent. La technologie a des applications potentielles pour l'imagerie biomédicale et les scanners de sécurité à très faible consommation.

Utiliser l'intrication quantique comme nouvelle forme de détection

Les principes de fonctionnement de l'appareil sont simples :au lieu d'utiliser des micro-ondes classiques, les chercheurs entremêlent deux groupes de photons, appelés photons de signal et photons libres. Les photons de signal sont envoyés vers l'objet d'intérêt, tandis que les photons libres sont mesurés dans un isolement relatif, exempt d'interférences et de bruit. Lorsque les photons du signal sont réfléchis, l'intrication réelle entre le signal et les photons libres est perdue, mais une petite quantité de corrélation survit, créer une signature ou un motif qui décrit l'existence ou l'absence de l'objet cible, quel que soit le bruit dans l'environnement.

"Ce que nous avons démontré est une preuve de concept pour le radar quantique hyperfréquence, " dit l'auteur principal Shabir Barzanjeh, dont les recherches antérieures ont contribué à faire avancer la notion théorique derrière la technologie radar quantique améliorée. "En utilisant l'intrication générée à quelques millièmes de degré au-dessus du zéro absolu (-273,14 °C), nous avons pu détecter des objets à faible réflectivité à température ambiante."

La technologie quantique peut surpasser les radars classiques de faible puissance

Alors que l'intrication quantique en elle-même est de nature fragile, l'appareil présente quelques avantages par rapport aux radars classiques classiques. Par exemple, à faible puissance, les systèmes radar conventionnels souffrent généralement d'une faible sensibilité car ils ont du mal à distinguer le rayonnement réfléchi par l'objet du bruit de fond naturel du rayonnement. L'éclairage quantique offre une solution à ce problème car les similitudes entre le signal et les photons libres - générés par l'intrication quantique - permettent de distinguer plus efficacement les photons du signal (reçus de l'objet d'intérêt) du bruit généré dans l'environnement.

Barzanjeh, qui est maintenant professeur adjoint à l'Université de Calgary, dit, "Le message principal derrière nos recherches est que le radar quantique ou l'éclairage quantique à micro-ondes n'est pas seulement possible en théorie, mais aussi en pratique. Comparé à des détecteurs classiques de faible puissance dans les mêmes conditions, nous voyons qu'à des nombres de photons à très faible signal, la détection améliorée quantique peut être supérieure."

À travers l'histoire, la science fondamentale a été l'un des principaux moteurs de l'innovation, changement de paradigme et rupture technologique. Bien qu'il s'agisse encore d'une preuve de concept, les recherches du groupe ont effectivement démontré une nouvelle méthode de détection qui, dans certains cas, peut être supérieur au radar classique.

"À travers l'histoire, preuves de concept, comme celui que nous avons démontré ici, ont souvent servi de jalons importants vers de futurs progrès technologiques. Il sera intéressant de voir les implications futures de cette recherche, en particulier pour les capteurs hyperfréquences à courte portée, " dit Barzanjeh.

Le dernier auteur et chef de groupe, le professeur Johannes Fink, a déclaré :"Ce résultat scientifique n'a été possible qu'en réunissant des physiciens théoriques et expérimentaux animés par la curiosité de savoir comment la mécanique quantique peut aider à repousser les limites fondamentales de la détection. Mais pour montrer un avantage dans des situations pratiques, nous aurons également besoin de l'aide d'ingénieurs électriciens expérimentés, et il reste encore beaucoup de travail à faire afin de rendre notre résultat applicable aux tâches de détection du monde réel."