Физики разработали квантовый радар, способный сканировать скрытые объекты.

Физики разработали новый тип радара, который может улучшить подземную визуализацию, используя облако атомов в стеклянной ячейке для обнаружения отраженных радиоволн. Радар представляет собой тип квантового сенсора – перспективной технологии, использующей квантово-механические свойства объектов в качестве измерительных устройств. Хотя это пока прототип, он предназначен для визуализации подземных объектов в таких областях, как строительство подземных коммуникаций, бурение скважин для природного газа и проведение археологических раскопок.

Стеклянная ячейка, служащая квантовым компонентом радара, заполнена атомами цезия, поддерживаемыми при комнатной температуре. Исследователи используют лазеры, чтобы каждый отдельный атом цезия увеличивался почти до размера бактерии, примерно в 10 000 раз больше обычного размера. Атомы в таком увеличенном состоянии называются атомами Ридберга.

Когда входящие радиоволны сталкиваются с атомами Ридберга, они нарушают распределение электронов вокруг их ядер. Исследователи могут обнаружить это нарушение, направляя лазеры на атомы, заставляя их излучать свет. Когда атомы взаимодействуют с радиоволной, цвет их излучаемого света меняется. Мониторинг цвета этого света позволяет использовать атомы в качестве радиоприемника. Атомы Ридберга чувствительны к широкому диапазону радиочастот без необходимости изменения физической установки. Это означает, что одно компактное радарное устройство потенциально может работать в нескольких частотных диапазонах, необходимых для различных приложений.

[Мэтью Саймонс (Matthew Simons), физик из Национального института стандартов и технологий (NIST), являвшийся членом исследовательской группы] протестировал радар, разместив его в специально разработанной комнате с пенопластовыми шипами на полу, потолке и стенах, напоминающими сталактиты и сталагмиты. Шипы поглощают, а не отражают, почти все радиоволны, которые на них попадают. Это имитирует эффект большого открытого пространства, позволяя группе протестировать возможности радара по визуализации без нежелательных отражений от стен. Исследователи разместили в комнате радиоволновой передатчик вместе со своим приемником на основе атомов Ридберга, который был подключен к оптическому столу за пределами комнаты. Они направили радиоволны на медную пластину размером с лист бумаги, трубы и стальной стержень, каждый из которых находился на расстоянии до пяти метров. Радар позволил им определить местоположение объектов с точностью до 4,7 сантиметров. Команда опубликовала статью о своих исследованиях на сервере препринтов arXiv в конце июня.