El radar cuántico es una nueva tecnología de detección potencial que aprovecha el principio del enredo cuántico.
Para “explicarlo en detalle”, según lo solicitado por el OP, se requiere una línea de pensamiento completamente diferente de cómo se explicaría normalmente cómo funciona un radar. Le daré la explicación a nivel del “Gato de Schroedinger” y dejaré los detalles a su elección del libro de texto de Mecánica Cuántica.
Uno de los principios de la mecánica cuántica es que una propiedad de una partícula, digamos su giro, ocupa simultáneamente muchos estados posibles diferentes. El acto de medición hace que la función de onda cuántica “colapse” y tome un valor específico en particular, y podemos asignar funciones de probabilidad a los diferentes estados para identificar qué tan probable es que la medición arroje un resultado en particular. Se observó que ciertos procesos naturales pueden producir pares de partículas que siempre deben tener propiedades opuestas. Por ejemplo, un solo neutrino con cero spin se descompone en un par de fotones. Para conservar el impulso, uno debe girar hacia arriba y el otro hacia abajo. Aunque el término “enredado” no se usaba originalmente, la función de onda matemática identificaría estas partículas como no linealmente separables. El estado cuántico solo puede describirse por el producto de los dos estados de las partículas individuales.
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Esto creó una paradoja originalmente identificada en un artículo de Einstein, Podolsky y Rosen (la paradoja de EPR) y se intercambiaron algunas cartas entre esos tipos y Schroedinger. La paradoja es que el concepto de estas partículas enredadas no es compatible con otras propiedades de la física. Digamos que tiene una descomposición de neutrinos en dos fotones, uno girado hacia arriba y otro hacia abajo. Digamos que esos fotones se disparan en direcciones completamente opuestas y un segundo después están a cientos de millas de distancia. Si pudiera, en teoría, medir su rotación al mismo tiempo, el concepto de partículas enredadas dice que una siempre estará girando hacia arriba y la otra siempre hacia abajo. Pero el principio básico de la mecánica cuántica es que no puedes saberlo hasta que lo midas. Entonces, ¿una partícula “comunica” su estado a la otra para que tomen estados opuestos? Imposible, ya que la información no puede viajar instantáneamente. Avancemos 80 años más o menos y ahora hemos confirmado a través de la experimentación que existen pares enredados y que no se intercambia alguna fuerza mágica entre ellos. El concepto de partículas enredadas requería una comprensión adicional de la mecánica cuántica.
La aplicación al radar es que estos pares entrelazados tienen funciones de onda anti-correlacionadas. Si combina las señales de un par enredado a través de un correlacionador, obtendrá un gran pico cuando la señal de una partícula o fotón se mezcle con la señal de su compañero enredado. Su correlación es tan fuerte, que potencialmente podría detectar estos fotones enredados en una relación señal / ruido muy baja, incluso en situaciones en las que la señal está muy por debajo del ruido.
Piense en ello como la compresión de pulso, pero a nivel cuántico. Con un radar de compresión de pulso, se usa un filtro para crear un “chirrido”. Cuando recibe ese chirrido, incluso cuando está enterrado en ruido, si convoluciona esa señal del chirrido enterrado con el filtro coincidente del chirp, obtiene un pico y la señal recibida se amplifica por encima del ruido. Esto no es solo un amplificador. En un amplificador, el ruido también se amplifica. Este es un correlacionador que tiene una ganancia de relación señal / ruido, no solo una ganancia de señal. Para el radar cuántico, estamos haciendo esto a nivel cuántico al correlacionar los fotones con sus pares entrelazados.
Se me ocurren un par de preguntas y le sugiero que lea un poco más en la Web para obtener más información. ¿Cómo se crean fotones enredados? Ahora se está convirtiendo en un tema candente de “ciencia popular” porque los pares enredados también son útiles para la computación cuántica. Los métodos originales eran con láseres que incidían en materiales dopados muy especialmente en un proceso llamado conversión descendente paramétrica espontánea. La excitación del láser de los estados cuánticos en el material podría, tal vez uno de cada mil millones de veces, dar lugar a estos fotones enredados. Todos los días se descubren nuevos métodos que dan como resultado mejores tasas de producción de pares enredados. Un artículo científico popular que vi afirmaba algunos métodos nuevos para generar miles de millones de fotones enredados en microondas, pero aún no lo he visto confirmado en documentos técnicos.
Una vez que puede generar fotones enredados, también necesita una forma de convertirlo en un radar. Existen métodos para utilizar las señales de fotones como funciones de modulación para un transmisor de microondas de alta potencia, y luego un proceso de conversión descendente similar. Entonces, hay una especie de radar “regular” que está siendo modulado por estas señales cuánticas y los fotones enredados hacen la modulación. Cuando los fotones enredados se combinan en un correlacionador, puede ver los picos cuando los pares enredados se vuelven a unir. Algunos métodos nuevos pueden depender de la capacidad de generar microondas enredadas directamente.
Sin embargo, aquí está el resultado final, donde diverjo de cualquier otra discusión científica: no faltar al respeto a nadie, pero recuerde que la prensa china es estatal y no hay artículos científicos que respalden ninguna de las afirmaciones del nuevo y sorprendente radar cuántico. El radar cuántico es un tema de investigación candente e incluso fue un proyecto DARPA al mismo tiempo.
Piense de manera realista: si desarrolló un nuevo y sorprendente radar que podría derrotar a todas las nuevas tecnologías de sigilo, ¿por qué se lo diría al mundo? ¿Por qué crear exageración y publicar artículos extraños y demasiado entusiastas al respecto sin referencias a ningún artículo científico? Eso es lo contrario de cómo funciona la tecnología militar. Tal vez otros países también están desarrollando un radar cuántico, pero usted no lo sabe, ¿verdad? Así es como haces que la tecnología militar sea efectiva, asegurándote de que tu tecnología sea mejor que la tecnología de los demás. Si algún país conociera todos los detalles del nuevo y sorprendente radar cuántico de China, entonces simplemente diseñaría contramedidas específicas para que el nuevo radar sea menos efectivo.
El radar cuántico es un área de investigación emocionante y podría tener nuevas aplicaciones excelentes y espero ver que se desarrolle y evolucione. ¿Existe ya una versión preparada, a gran escala, producida, probada y verificada? Probablemente no…
