Sciencemag.cz
Doporučujeme
Systém využívající kvantové provázanosti (zapletení) částic pro detekci objektů v řadě ohledů předčí klasický radar. Funkční prototyp nyní představili na Rakouském ústavu pro vědu a technologie, přičemž se jedná o verzi využívající tzv. kvantové iluminace.
V češtině na téma kvantového radaru byla bohužel publikována řada nesmyslů. Články celou metodu obvykle vysvětlují/popisují takto: uvedeme dva fotony (nebo jiné částice) do kvantově provázaného stavu, pak vystřelíme částici na cíl a jakmile ho zasáhne, poznáme to ihned ze stavu první částice. Přitom se k nám původní částice nemusí vracet, takže vlastník příslušného odhalovaného objektu nedokáže radar zaměřit. Nemůže ani detekci zabránit tím, že foton nějak pozmění, respektive místo něj vyšle jiný. Atd.
To je všechno špatně (částečně pravděpodobně chybu dělali už redaktoři anglicky psaných textů a u nás se jen překládalo, ale např. v níže odkazovaném shrnutí/tiskové zprávě na Phys.org podobné bludy nenajdete). Z provázání a všech těch EPR paradoxů a Bellových nerovností nelze získat informaci, to by mj. totiž znamenalo, že se informace předá na danou vzdálenost nekonečnou rychlostí, bez ohledu na rychlost světla. Provázání znamená jen a pouze to, že dva fotony mají např. „dohromady“ nulovou polarizaci, nyní jsou však v superpozici. Když foton vyslaný k objektu do něčeho narazí, superpozice tím bude zrušena do již klasických „opačných“ stavů. Když se podívám na kopii fotonu u sebe, nastane totéž. O hledaném objektu se tím žádná informace nezíská.
Nakonec možná jediný český on-line text, který kvantové radary rozumně vysvětluje, je článek vyšlý ve Vojenských rozhledech. Níže odkazovaný článek lze doporučit, protože také ukazuje, co všechno se pod technologie kvantového radaru můře řadit.
Na Rakouském ústavu pro vědu a technologie ve skupině prof. Johannesa Finka a ve spolupráci s dalšími vědci/institucemi (Stefano Pirandola z Massachusetts Institute of Technology a University of York, David Vitali z italské University of Camerino…) nyní sestrojili verzi radaru s kvantovou provázaností a iluminací. Metoda využívá fotony v mikrovlnné oblasti a funguje takto. Vytvořím pár kvantově provázaných fotonů, jeden z nich vyšlu k cíli. Musí dojít k odrazu fotonu (přitom už asi dojde i ke ztrátě provázání/dekoherenci a polarizace obou částic získá konkrétní hodnoty), ten opět zachytím v detektoru. Změřím příslušnou vlastnost, která byla v superpozici s korelovanou částicí (polarizaci). Pak se podívám na korelovanou částici u sebe („idler“). Ta musí mít polarizaci opačnou. Pokud nikoliv, pak ke mně nedoletěl původní foton, ale jde o výsledek šumu nebo se někdo snaží radar zmást. (Nebo si nejprve změřím „svůj“ foton a podle něj pak identifikuji foton odražený od objektu.) Příslušné měření příchozích fotonů i fotonů u mě se bude samozřejmě provádět nějak statisticky.
I tak zbývá několik komplikací. Fotony asi nemůžu úplně zastavit, vyšlu je ale nějak po kratší trase, kde je nějak zpozdím, než projdou vlastním detektorem; samozřejmě by mělo jít o trasu „volnou“, kde nebudou s ničím interagovat. To je jedna možnost, kdy se oba provázané fotony budu snažit měřit pokud možno ve stejný okamžik. Což je důležité; představme si, že třeba změříme nejdříve „náš foton“, tím určíme stav vyslaného fotonu – ten ale může svou polarizaci změnit při další interakci včetně odrazu již zcela volně (není již provázán) a my to nezjistíme, nedokážeme ho identifikovat. Zde však do hry vstupuje právě ona „iluminace“ – nějaká stopa provázání/korelace totiž podle tohoto principu mezi oběma částicemi přesto zůstane. Změříme-li „náš“ foton hned, může se podařit identifikovat i odpovídající odražený foton a z rozdílu časů pak mimochodem zjistíme i vzdálenost cíle.
„Pomocí provázání fotonů generovaného při několika tisícinách stupně nad absolutní nulou jsme byli schopni detekovat objekty s nízkou odrazivostí při pokojové teplotě,“ uvedl Shabir Barzanjeh, jeden z autorů výzkumu University of Calgary.
Popsaný kvantový radar by měl být dobře využitelný v prostředích se značným tepelným šumem a tam, kde zařízení musí vystačit jen s nízkým výkonem – jindy by za těchto okolností byl problém odlišit odražený signál od šumu. Uvádějí se biomedicínské i bezpečnostní aplikace. Právě proto, že oproti klasickému radaru stačí k cíli fotonů vyslat méně (nižší výkon) se také radar bude obtížněji lokalizovat (ne proto, že by se žádné fotony neodrážely zpět).
„Microwave quantum illumination using a digital receiver“ Science Advances (2020). DOI: 10.1126/sciadv.abb0451
Zdroj: Institute of Science and Technology Austria/Phys.org
Článek v časopisu Vojenské rozhledy (obsahuje i schéma zapojení pro kvantovou iluminaci) (2017/4, autor: Ing. Bc. Michal Křelina, Ph.D.)
Poznámky PH:
Jak si představit onu iluminaci konkrétně?
Samozřejmě při kritice cizích chyb se obvykle dělají i chyby vlastní, aby to bylo o to trapnější, tak zbývá jen doufat, že v tomto případě alespoň co se týče fyzikálních principů…
