Berita dari Universiti Sains dan Teknologi China (USTC), baru-baru ini, pasukan LIDAR yang diketuai oleh Prof. Xianghui Xue telah mencapai kemajuan yang ketara dalam penyelidikan sistem LIDAR kuantum. Pasukan buat pertama kalinya mengemukakan teori lidar pengukuran angin berdasarkan prinsip gangguan kuantum upconversion, dan berdasarkan inovasi teori ini berjaya membangunkan prototaip. Berbanding dengan radar pengukuran angin koheren tradisional, sistem baharu merealisasikan julat pengesanan dinamik 0-13km/s kelajuan dan 7-peningkatan kali ganda dalam sensitiviti pengesanan. Keputusan ini diterbitkan pada 15 Ogos 2024 dalam ACS Photonics.
"Melihat jauh, melihat dengan baik, mengukur dengan pantas dan mengukur dengan tepat" adalah matlamat yang dikejar oleh LIDAR. LIDAR foton tunggal mencapai pengesanan sensitiviti foton tunggal berbanding LIDAR konvensional, yang telah meningkatkan prestasi dengan banyak. Walau bagaimanapun, teori radar kuantum yang menggunakan lebih banyak prinsip pengukuran ketepatan kuantum masih dalam peringkat pembangunan. Sejak penemuan gangguan dua foton (HOM) pada tahun 1987, gangguan HOM telah menjadi asas utama dalam membezakan fenomena kuantum daripada fizik klasik, menandakan permulaan era baharu penerokaan kuantum. Gangguan HOM bukan sahaja memainkan peranan asas dalam ketepatan pengukuran masa dan analisis keadaan kuantum, tetapi juga penting kepada pelbagai aplikasi dalam pemprosesan maklumat kuantum. Inovasi teori dan aplikasi pengukuran ketepatan kuantum berdasarkan gangguan HOM telah menjadi tumpuan penyelidikan semasa.
Kumpulan Xianghui Xue menggunakan gangguan HOM dan pemadaman kuantum peringkat tinggi untuk membuat foton bebas daripada sumber cahaya yang berbeza mempamerkan fenomena gangguan kuantum, dan membangunkan sistem lidar atmosfera interferometrik dua foton berdasarkan pengesan penukaran naik berdasarkan teori ini. Pendekatan ini menawarkan sensitiviti foton tunggal, kecekapan kuantum yang tinggi, lebar jalur pengesanan yang besar dan kebolehgunaan berbilang panjang gelombang. Menggunakan pemadaman kuantum digabungkan dengan kaedah pensampelan mampatan optikal, sistem radar kuantum ini mampu merekodkan isyarat optik dengan kadar pensampelan MHz pada lebar jalur 17 GHz (bersamaan dengan 13 km/s), yang menyelesaikan masalah kadar pensampelan yang tinggi dan kapasiti penyimpanan data yang besar bagi isyarat lemah dalam pengesanan berterusan sasaran berkelajuan ultratinggi, dan membuka jalan untuk merealisasikan pengesanan halaju berterusan berkelajuan ultra tinggi sehingga puluhan kilometer/saat.
Lebih daripada lebar jalur pengesanan 17GHz, ralat pengesanan frekuensi Kurang daripada atau sama dengan 60MHz (ralat meter panjang gelombang 60MHz)
Dalam eksperimen medan luar, sistem radar gangguan kuantum menggunakan tenaga 70μJ untuk merealisasikan pengesanan medan angin pada jarak mendatar 16km, yang mencapai 7-peningkatan kali ganda dalam sensitiviti pengesanan dengan ketekalan pengesanan medan angin R{{3} }.997 berbanding sistem LiDAR sedia ada.
Pengesanan medan angin pada jarak 16km menggunakan tenaga 70μJ
Teras teknologi ini adalah untuk menggunakan fenomena gangguan dua foton dan meningkatkan nisbah isyarat kepada hingar dengan menekan hingar melalui pemadaman kuantum. Gangguan dua foton ialah fenomena optik kuantum di mana dua foton mengganggu antara satu sama lain dan korelasi diperhatikan walaupun ia tidak hadir pada masa yang sama. Pemadaman kuantum, sebaliknya, adalah proses mekanikal kuantum yang boleh digunakan untuk menghapuskan atau memulihkan keadaan keterjeratan kuantum antara dua foton dengan memanipulasi foton tambahan.
Telemetri telah menunjukkan bahawa teknik ini mempunyai potensi besar untuk pengukuran isyarat yang lemah. Frekuensi optik boleh dikesan tanpa menggunakan peranti diskriminasi frekuensi, kaedah pengesanan baru yang menggabungkan kelebihan pengesanan langsung dan koheren. Sistem radar telah disepadukan secara gentian optik dan dipadatkan, dengan potensi aplikasi masa hadapan untuk pengukuran penderiaan jauh berterusan bagi sasaran keras dan lembut bergerak berkelajuan ultra tinggi.
