Un radar qui repose sur des photons emmêlés fonctionne à une puissance si faible qu’il peut se cacher derrière le bruit de fond, ce qui le rend utile pour des applications biomédicales et de sécurité.
L’un des avantages de la révolution quantique est la capacité de percevoir le monde d’une nouvelle manière. L’idée générale est d’utiliser les propriétés spéciales de la mécanique quantique pour effectuer des mesures ou produire des images qui seraient impossibles autrement.
Une grande partie de ce travail se fait avec des photons. Mais en ce qui concerne le spectre électromagnétique, la révolution quantique a été un peu unilatérale. Presque tous les progrès de l’informatique quantique, de la cryptographie, de la téléportation, etc. ont fait intervenir la lumière visible ou quasi visible.
Aujourd’hui, cela change grâce au travail de Shabir Barzanjeh à l’Institut autrichien des sciences et technologies et de quelques collègues. Cette équipe a utilisé des micro-ondes emmêlées pour créer le premier radar quantique au monde. Leur dispositif, qui peut détecter des objets à distance en utilisant seulement quelques photons, soulève la perspective de systèmes radar furtifs qui émettent peu de rayonnement électromagnétique détectable.
L’appareil est simple par essence. Les chercheurs créent des paires de photons hyperfréquences enchevêtrés à l’aide d’un dispositif supraconducteur appelé convertisseur paramétrique Josephson. Ils émettent le premier photon, appelé photon signal, vers l’objet d’intérêt et écoutent la réflexion.
Radar quantique
Pendant ce temps, ils stockent le deuxième photon, appelé photon « oisif » (idler photon). Lorsque la réflexion arrive, elle interfère avec ce photon oisif, créant une signature qui révèle la distance parcourue par le photon signal. C’est le radar quantique !
Cette technique présente d’importants avantages par rapport aux radars conventionnels. Les radars ordinaires fonctionnent de la même façon, mais échouent à de faibles niveaux de puissance qui impliquent un petit nombre de photons hyperfréquences. C’est parce que les objets chauds dans l’environnement émettent leurs propres micro-ondes.
Dans un environnement à température ambiante, cela équivaut à un bruit de fond d’environ 1 000 photons hyperfréquences à tout moment, qui submergent l’écho de retour. C’est pourquoi les systèmes radar utilisent des émetteurs puissants.
Les photons enchevêtrés surmontent ce problème. Le photons signal et oisif sont si semblables qu’il est facile de filtrer les effets des autres photons. Il devient donc facile de détecter le photon de signal à son retour.
Bien sûr, l’enchevêtrement est une propriété fragile du monde quantique, et le processus de réflexion le détruit. Néanmoins, la corrélation entre les photos signal et oisif est encore assez forte pour les distinguer du bruit de fond.
Ceci permet à Shabir Barzanjeh et ses collègues de détecter un objet à température ambiante dans un environnement à température ambiante avec seulement une poignée de photons, d’une manière impossible à faire avec des photons ordinaires. « Nous générons des champs emmêlés à l’aide d’un convertisseur paramétrique de Josephson à des températures en millikelvin pour éclairer un objet à température ambiante à une distance d’un mètre dans une installation radar de preuve de principe « , disent-ils.
Les chercheurs comparent ensuite leur radar quantique à des systèmes conventionnels fonctionnant avec un nombre de photons aussi faible et affirment qu’il les surpasse largement, mais seulement sur des distances relativement courtes.
C’est un travail intéressant qui révèle le potentiel important du radar quantique et une première application de l’enchevêtrement à base de micro-ondes. Mais il montre aussi l’application potentielle de l’éclairage quantique de façon plus générale.
Un grand avantage est le faible niveau de rayonnement électromagnétique requis. « Notre expérience montre le potentiel d’une méthode de balayage non invasive pour des applications biomédicales, par exemple pour l’imagerie des tissus humains ou la spectroscopie rotationnelle non destructive des protéines « , indiquent Barzanjeh et ses collègues.
Ensuite, il y a l’application évidente comme le radar furtif qui est difficile à détecter par les adversaires sur le bruit de fond. Les chercheurs affirment qu’il pourrait être utile pour les radars de faible puissance à courte portée pour des applications de sécurité dans des environnements fermés et peuplés.
https://www.technologyreview.com/s/614160/quantum-radar-has-been-demonstrated-for-the-first-time/
https://arxiv.org/abs/1908.03058
