El radar cuántico es una tecnología de detección remota especulativa basada en efectos de la mecánica cuántica, como el principio de incertidumbre o el entrelazamiento cuántico . En términos generales, un radar cuántico puede verse como un dispositivo que funciona en el rango de las microondas, que aprovecha las características cuánticas, desde el punto de vista de la fuente de radiación y/o la detección de salida, y es capaz de superar a su homólogo clásico. Un enfoque se basa en el uso de correlaciones cuánticas de entrada (en particular, entrelazamiento cuántico) combinadas con una detección cuántica interferométrica adecuada en el receptor (fuertemente relacionada con el protocolo de iluminación cuántica ).
Allanar el camino para un prototipo tecnológicamente viable de un radar cuántico implica la resolución de una serie de desafíos experimentales, como se analiza en algunos artículos de revisión, [1] [2] [3] el último de los cuales señaló "informes inexactos" en los medios. . Los diseños experimentales actuales parecen estar limitados a alcances muy cortos, del orden de un metro, [4] [5] [6], lo que sugiere que las aplicaciones potenciales podrían ser, en cambio, para vigilancia de corta distancia o escaneo biomédico.
En 2015, un equipo internacional propuso un modelo de radar cuántico con alcance de microondas [7] , basado en el protocolo de iluminación cuántica gaussiana. [8] El concepto básico es crear una corriente de fotones de frecuencia visible entrelazados y dividirla por la mitad. La mitad, el "haz de señal", pasa por una conversión a frecuencias de microondas de una manera que preserva el estado cuántico original . A continuación, la señal de microondas se envía y recibe como en un sistema de radar normal . Cuando se recibe la señal reflejada, se convierte nuevamente en fotones visibles y se compara con la otra mitad del haz entrelazado original, el "haz inactivo".
Aunque la mayor parte del entrelazamiento original se perderá debido a la decoherencia cuántica a medida que las microondas viajan hacia los objetos objetivo y regresan, aún quedarán suficientes correlaciones cuánticas entre la señal reflejada y los rayos inactivos. Utilizando un esquema de detección cuántica adecuado, el sistema puede seleccionar sólo aquellos fotones que fueron enviados originalmente por el radar, filtrando por completo cualquier otra fuente. Si se puede hacer que el sistema funcione en el campo, representará un enorme avance en la capacidad de detección.
Una forma de derrotar a los sistemas de radar convencionales es transmitir señales en las mismas frecuencias utilizadas por el radar, haciendo imposible que el receptor distinga entre sus propias transmisiones y la señal de suplantación (o "interferencia"). Sin embargo, tales sistemas no pueden saber, ni siquiera en teoría, cuál era el estado cuántico original de la señal interna del radar. A falta de dicha información, sus emisiones no coincidirán con la señal original y serán filtradas en el correlador. De manera similar, se filtrarán las fuentes ambientales, como los ruidos del suelo y las auroras .
Un diseño fue propuesto en 2005 por el contratista de defensa Lockheed Martin . [9] [10] La patente de este trabajo se concedió en 2013. El objetivo era crear un sistema de radar que proporcionara una mejor resolución y mayor detalle que el radar clásico. [11] Sin embargo, este diseño no demostró teóricamente ninguna ventaja cuántica o mejor resolución.
En 2015, un equipo internacional de investigadores [7] mostró el primer diseño teórico de un radar cuántico capaz de lograr una ventaja cuántica sobre una configuración clásica. En este modelo de radar cuántico, se considera la detección remota de un objetivo de baja reflectividad que está incrustado dentro de un fondo de microondas brillante, con un rendimiento de detección muy superior a la capacidad de un radar de microondas clásico. Al utilizar un "convertidor electrooptomecánico" de longitud de onda adecuada, este esquema genera un excelente entrelazamiento cuántico entre un haz de señal de microondas, enviado para sondear la región objetivo, y un haz óptico inactivo, retenido para la detección. El retorno de microondas recogido de la región objetivo se convierte posteriormente en un haz óptico y luego se mide junto con el haz loco. Esta técnica extiende el poderoso protocolo de la iluminación cuántica [12] a su dominio espectral más natural, es decir, las longitudes de onda de microondas.
En 2019, se propuso un protocolo de radar cuántico de mejora tridimensional. [13] Podría entenderse como un protocolo de metrología cuántica para la localización de un objetivo puntual no cooperativo en un espacio tridimensional. Empleó entrelazamiento cuántico para lograr una incertidumbre en la localización que es cuadráticamente menor para cada dirección espacial que la que se podría lograr usando fotones independientes y no entrelazados .
En arXiv están disponibles artículos de revisión que profundizan más en la historia y los diseños del radar cuántico, además de los mencionados en la introducción anterior . [14] [15]
La realización de un radar cuántico con la tecnología actual es un desafío, aunque ya se ha realizado un prototipo experimental preliminar. [dieciséis]
Hay una serie de desafíos no triviales detrás de la implementación experimental de un prototipo de radar verdaderamente cuántico, incluso a distancias cortas. Según los diseños actuales de iluminación cuántica, un punto importante es la gestión del pulso inactivo que, idealmente, debería detectarse conjuntamente con el pulso de señal que regresa del objetivo potencial. Sin embargo, esto requeriría el uso de una memoria cuántica con un largo tiempo de coherencia, capaz de funcionar en tiempos comparables al recorrido de ida y vuelta del pulso de la señal. Otras soluciones pueden degradar las correlaciones cuánticas entre la señal y los pulsos inactivos hasta un punto en el que la ventaja cuántica pueda desaparecer. Este es un problema que también afecta a los diseños ópticos de iluminación cuántica. Por ejemplo, almacenar el pulso inactivo en una línea de retardo mediante el uso de una fibra óptica estándar degradaría el sistema y limitaría el alcance máximo de un radar de iluminación cuántica a unos 11 km. [7] Este valor debe interpretarse como un límite teórico de este diseño, que no debe confundirse con un rango alcanzable. Otras limitaciones incluyen el hecho de que los diseños cuánticos actuales solo consideran un único contenedor de polarización, acimut, elevación, rango y Doppler a la vez.
Hay especulaciones en los medios de que un radar cuántico podría operar a largas distancias detectando aviones furtivos, filtrar intentos de interferencia deliberados y operar en áreas con mucho ruido de fondo, por ejemplo, debido al desorden del suelo. En relación con lo anterior, existe una considerable especulación en los medios sobre el uso del radar cuántico como una posible tecnología anti-sigilo. [17] Los aviones furtivos están diseñados para reflejar señales lejos del radar, normalmente utilizando superficies redondeadas y evitando cualquier cosa que pueda formar un reflector de esquina parcial . Esto reduce tanto la cantidad de señal devuelta al receptor del radar que el objetivo (idealmente) se pierde en el ruido térmico de fondo . Aunque las tecnologías furtivas seguirán siendo igual de efectivas a la hora de reflejar la señal original lejos del receptor de un radar cuántico, es la capacidad del sistema para separar la pequeña señal restante, incluso cuando está inundada por otras fuentes, lo que le permite detectar la regresar incluso de diseños altamente sigilosos. Por el momento, estas aplicaciones de largo alcance son especulativas y no están respaldadas por datos experimentales.
Más recientemente, la Universidad de Waterloo ha estudiado la generación de un gran número de fotones entrelazados para la detección por radar . [18]
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