Físicos do Instituto de Ciência e Tecnologia da Áustria (IST Áustria) inventaram um novo protótipo de radar que usa o emaranhamento quântico como método de detecção de objetos. Essa integração bem-sucedida da mecânica quântica em dispositivos pode impactar significativamente as indústrias biomédica e de segurança. A pesquisa está publicada na revista. Avanços da Ciência .

O emaranhamento quântico é um fenômeno físico em que duas partículas permanecem interconectadas, compartilhando traços físicos, independentemente de quão distantes eles estão um do outro. Agora, cientistas do grupo de pesquisa do professor Johannes Fink do Instituto de Ciência e Tecnologia da Áustria (IST Áustria), juntamente com colaboradores Stefano Pirandola do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) e da Universidade de York, REINO UNIDO, e David Vitali da Universidade de Camerino, Itália - demonstrou um novo tipo de tecnologia de detecção chamada iluminação quântica de microondas, que utiliza fótons de microondas emaranhados como método de detecção. O protótipo, que também é conhecido como radar quântico, é capaz de detectar objetos em ambientes térmicos ruidosos, onde os sistemas clássicos de radar falham frequentemente. A tecnologia tem aplicações potenciais para imagens biomédicas de ultra-baixa potência e scanners de segurança.

Usando o emaranhamento quântico como uma nova forma de detecção

Os princípios de trabalho por trás do dispositivo são simples:em vez de usar microondas convencionais, os pesquisadores enredam dois grupos de fótons, que são chamados de fótons sinal e ocioso. Os fótons de sinal são enviados para o objeto de interesse, enquanto os fótons ociosos são medidos em isolamento relativo, livre de interferências e ruídos. Quando os fótons de sinal são refletidos de volta, o verdadeiro emaranhamento entre o sinal e os fótons ociosos é perdido, mas uma pequena quantidade de correlação sobrevive, criar uma assinatura ou padrão que descreva a existência ou ausência do objeto alvo - independentemente do ruído no ambiente.

"O que demonstramos é uma prova de conceito para o radar quântico de microondas, "diz o autor principal Shabir Barzanjeh, cujas pesquisas anteriores ajudaram a avançar a noção teórica por trás da tecnologia de radar aprimorada quântica. "Usando o emaranhamento gerado em alguns milésimos de grau acima do zero absoluto (-273,14 ° C), fomos capazes de detectar objetos de baixa refletividade em temperatura ambiente. "

A tecnologia quântica pode superar o radar clássico de baixa potência

Embora o emaranhamento quântico em si seja frágil por natureza, o dispositivo tem algumas vantagens sobre os radares clássicos convencionais. Por exemplo, em baixos níveis de energia, os sistemas de radar convencionais normalmente sofrem de baixa sensibilidade, pois têm problemas em distinguir a radiação refletida pelo objeto do ruído de radiação de fundo que ocorre naturalmente. A iluminação quântica oferece uma solução para esse problema, pois as semelhanças entre o sinal e os fótons ociosos - gerados pelo emaranhamento quântico - tornam mais eficaz distinguir os fótons do sinal (recebidos do objeto de interesse) do ruído gerado no ambiente.

Barzanjeh, que agora é professor assistente na Universidade de Calgary, diz, "A principal mensagem por trás de nossa pesquisa é que o radar quântico ou a iluminação quântica de microondas não são possíveis apenas em teoria, mas também na prática. Quando comparados com detectores clássicos de baixa potência nas mesmas condições, vemos que em números de fótons de sinal muito baixo, a detecção aprimorada por quantum pode ser superior. "

Através da história, a ciência básica tem sido um dos principais impulsionadores da inovação, mudança de paradigma e avanço tecnológico. Embora ainda seja uma prova de conceito, a pesquisa do grupo demonstrou efetivamente um novo método de detecção que, em alguns casos, pode ser superior ao radar clássico.

"Através da história, provas de conceito, como o que demonstramos aqui, muitas vezes serviram como marcos proeminentes para futuros avanços tecnológicos. Será interessante ver as implicações futuras desta pesquisa, particularmente para sensores de micro-ondas de curto alcance, "diz Barzanjeh.

O último autor e líder do grupo, o professor Johannes Fink, diz:"Este resultado científico só foi possível reunindo físicos teóricos e experimentais que são movidos pela curiosidade de como a mecânica quântica pode ajudar a ultrapassar os limites fundamentais da detecção. Mas para mostrar uma vantagem em situações práticas, também precisaremos da ajuda de engenheiros elétricos experientes, e ainda há muito trabalho a ser feito para tornar nosso resultado aplicável a tarefas de detecção do mundo real. "