رادار كمومي
الرادار الكمومي Quantum radar، هي تقنية الاستشعار عن بعد الناشئة التي تعتمد على الترابطات الكمومية المدخلة (وخاصة التشابك الكمي) والكشوفات الكمومية المخرجة. تم تطوير هذه التقنية بنجاح، وستمكن نظام الرادار من التقاط الإشارة الخاصة به حتى في وجود ضوضاء في الخلفية. سيسمح هذا بالكشف عن الطائرات الشبح، تصفية محاولات التشويش المتداولة، والعمل في المناطق التي ترتفع فيها الضوضاء في الخلفية، (على سبيل المثال، بسبب [[تشويش (رادار)|أجهزة التشويشي]). تم اقتراح التصميم العملي الأول للرادار الكمومي في عام 2015 من قبل فريق دولي وهويعتمد على پروتوكول الإضاءة الكمومية المموهة.
المفهوم
يستهلك هذا الردار طاقة منخفضة لدرجة أنه يمكنه التخفي في الضجيج الخلفي، مما يجعله مناسباً لتطبيقات التكنولوجيا الحيوية والأمنية. من فوائد الثورة الكمومية أنها قدمت لنا أساليب جديدة لإستشعار العالم من حولنا. وتقوم الفكرة العامة علي إستخدام الخواص الفريدة للميكانيكا الكمومية لإجراء القياسات أوإنتاج الصور بشكل لا يمكن تحقيقه بطرق أخري.
يتم تحقيق أغلب هذه المهام عن طريق الفوتونات، غير حتى الثورة الكمومية كانت محدودة بعض الضئ بالنسبة للطيف الكهرطيسي، حيث إذا جميع الإنجازات تقريباً في الحوسبة الكمومية، والتشفير، والنقل الآني، وغير ذلك، كانت تعتمد علي الضوء المرئي أوقرب المرئي.
ولكن هذا سيتغير بفضل عمل شابير برزانجي في المعهد النمساوي للعلوم والتكنولوجيا ومجموعة من زملائه، فقد إستخدم هذا الفريق الموجات الميكروية المتشابكة كموميا لبناء اول رادار كمومي في العالم. يستطيع هذا الجهاز كشف الأجسام عن بعدب إستخدام بضعة فوتونات فقط ، وهوما يثير فكرة أنظمة الرادار الشبحية التي لا تصدر مقدارا كبيرا من الإشعاع الكهرطيسي.
ويتمتع الجهاز بهجريب سهل من حيث المبدأ، فقد قام الباحثون بإيجاد أزواج متشابكة من فوتونات الأمواج الميكروية بإستخدام أداة ناقلية فائقة تسمي محول جوزيفسون الباراميتري. يبث الفوتون الأول - المسمي بفوتون الإشارة - نحوالجسم المعني ، ويتم إلتقاط الإنعكاس.
في هذه الأثناء يخزن الفوتون الثاني - المسمي بالفوتون الحر - وعندما تصل الإشارة المنعكسة، تتداخل مع الفوتون الحر، مما يؤدي إلي أثر يكشف عن المسافة التي بترها فوتون الإشارة، إلى غير ذلك نحصل علي رادار كمومي.
تتصف هذه الطريقة بعض الميزات مقارنة بالردار التقليدي، حيث إذا الردار التقليدي يعمل بطريقة مشابهة، ولكنه عاجز عن التعامل مع مستويات الطاقة المنخفضة التي تتضمن عددا صغيرا من فوتونات الأمواج الميكروية، ويعود هذا إلي حتى الأجسام الساخنة في البيئة المحيطة تصدر أمواجا ميكروية خاصة بها. وفي بيئة بدرجة حرارة الغرفة، يصل هذا المقدار من الضجيج الخلفي إلي 1.000 فوتون ميكروي في أي لحظة، مما يؤدي إلى إغراق الصدي، ولهذا يعتمد الرادار علي أنظمة بث عالية الإستطاعة.
ولكن الفوتونات المتشابكة تستطيع التغلب علي هذه المشكلة، حيث إذا فوتونات الإشارة والفوتونات الحرة متشابهة إلي درجة حتى من السهل فلترة أثر الفوتونات الأخري، ولهذا يصبح كشف فوتون الإشارة عند عودته مسألة بسيطة ومباشرة.
وبطبيعة الحال، فإن التشابك الكمومي خاصية حساسة من خصائص العالم الكمومي، وتؤدي عملية الإنعكاس إلي تدميرها. غير حتى الترابط بين فوتونات الإشارة والفوتونات الحرة يبقي قويا بما يكفي لتمييزها عن الضجيج الخلفي.
هكذاتمكن برزانجي وزملاؤه من كشف جسم بدرجة حرارة الغرفة ضمن يئة بدرجة حرارة الغرفة بإستخدام عدد قليل من الفوتونات فقط ، بطرية لا يمكن تطبيقها بالفوتونات العادية، ويقولون: "ولدنا الحقول المتشابكة بإستخدام محمول جوزيفسون البارامتري في درجات حرارة تقدر بالميلي كيلفن ظفنارة جسم بدرجة حارة الغرفة علي بعد متر واحد من أجل إثبات صحة مبدأ لاعمل هذا ارادار".
وبعد ذلك قارن الباحثون بين رادارهم الكمومي روالأنظمة التقليدية التي تعمل بأعدادمنخفضة من الفوتونات أيضاً، وتوصولوا إلي حتى نظامهم يتفوق عليها في الأداء بفارق كبير، وإن كان ذلك علي مسافات قصيرة نسبياً وحسب. هذا عمل مثير للإهتمام، ويكشف القدرات الكامنة للرادار الكمومي، ويعتبر أول تطبيق للتشابك بين الأمواج الميكروية. ولكنه أيضا يبين إحتمالات تطبيق الإنارة الكمومية بشكل عام.
ومن أبرز الميزات لهذا النظام هوإنخفاض مستويات الإشعاع الكهرطيسي المطلوب للعمل. يقول الباحثون: "تبين تجربتنا إحتمالات إستخدام هذا الردار كنظام مسح قليل الأذي من أجل تطبيقات التكنولوجيا الحيوية، مثل تصوير النسج البشرية، والمسح الطيفي الدوراني للبروتينات دون تدميرها". وهناك أيضاً التطبيق الأكثر وضوحاً كرادار شبحي يصعب على الأعداء كشفه ضمن الضجيج الخلفي. ويقول الباحثون إنه سيكون مفيدا كرادار قصير المدي منخفض الإستطاعة للتطبيقات المنية في البيئات المغلقة والمزدحمة.
المصادر
- ^ Barzanjeh, Shabir; Guha, Saikat; Weedbrook, Christian; Vitali, David; Shapiro, Jeffrey H.; Pirandola, Stefano (2015-02-27). "Microwave Quantum Illumination". Physical Review Letters. 114 (8): 080503. arXiv:1503.00189. Bibcode:2015PhRvL.114h0503B. doi:10.1103/PhysRevLett.114.080503. PMID 25768743.
- ^ Ball, Philip (27 February 2015). "Focus: Quantum Mechanics Could Improve Radar". Physical Review Letters. 8: 18.
- ^ Tan, Si-Hui (2008). "Quantum Illumination with Gaussian States". Physical Review Letters. 101 (25): 253601. arXiv:0810.0534. Bibcode:2008PhRvL.101y3601T. doi:10.1103/PhysRevLett.101.253601. PMID 19113706.
- ^ "أول رادار كمومي في العالم: كيف من الممكن أن يعمل،يا ترى؟ وما أبرز ميزاته؟". إم آي تي تكنولوجي ريڤو. 2019-09-01. Retrieved 2019-09-09.
