🔎 Квантовый радар может видеть объекты, спрятанные под землёй
Физики из Национального института стандартов и технологий США (NIST) совместно с оборонным подрядчиком RTX создали прототип нового радара, использующего квантовые эффекты для обнаружения и картирования объектов под землёй (почитать научную статью тут). Потенциальные области применения — строительство и обслуживание подземных коммуникаций, бурение скважин, археологические раскопки и другие задачи, где требуется точная подповерхностная визуализация. Вместо массивных антенн, характерных для традиционных локационных систем, квантовый радар использует стеклянную ячейку с облаком атомов цезия для приёма отражённых радиоволн.
Как это работает
Как и в обычных системах, устройство излучает радиоволны, которые отражаются от объектов. По времени возвращения сигнала определяется расстояние и расположение цели. Но при этом приём ведётся не на антенну, а на облако атомов Ридберга. Под действием лазеров атом цезия переводят в особое состояние, из-за чего он увеличивается примерно в 10 000 раз — его диаметр становится соизмерим с размером бактерии.
Такие атомы обладают крайне высокой чувствительностью к радиоволнам. Когда на них попадает радиосигнал, он слегка «сдвигает» расположение электронов вокруг ядра. Учёные могут обнаружить этот сдвиг с помощью лазеров: они подсвечивают атомы и смотрят на цвет испускаемого ими света. Если в атом попала радиоволна, цвет чуть меняется — и это служит сигналом, что радиоволна была зафиксирована.
Преимущество — не только в компактности приёмника. Атомный радар способен работать в широком диапазоне частот без перенастройки, тогда как в традиционных радарах для работы на другой частоте нужно менять параметры приёмной системы: например, подбирать другой резонатор или фильтры, чтобы «поймать» нужный участок спектра. Здесь же всё делает сам атом, который одинаково чувствителен к множеству частот.
Испытания
Для тестов разработчики разместили установку в специальной безэховой камере, где стены, потолок и пол покрыты поглощающими пенными выпуклыми блоками. Такая среда имитирует работу в открытом пространстве.
Внутри камеры расположили передатчик радиоволн и несколько целей:
— медную пластину размером с лист бумаги;
— металлические трубы;
— стальной стержень.
Объекты располагались на расстоянии до 5 метров от приёмника. Радар смог определить их местоположение с точностью до 4,7 см. Это весьма высокий показатель для эксперимента с таким компактным приёмником и без крупногабаритных антенн.
Как применять
▪️ Строительство и археология — компактный квантовый радар поможет «заглянуть» под землю, чтобы заранее увидеть трубы, кабели или фрагменты древних построек. Это может снизить риски при бурении или раскопках.
▪️ Точная диагностика электроники — такие сенсоры уже тестируют для измерения радиочастот в автомобильных радарах, чтобы быстрее находить и устранять неисправности.
▪️ Мониторинг окружающей среды — устройства могут использоваться для измерения влажности почвы и других параметров, важных в сельском хозяйстве и климатологии.
▪️ Развитие квантовых компьютеров — сенсоры на атомах Ридберга близки по устройству к квантовым процессорам: в квантовых компьютерах эти атомы уже используют как кубиты. Прогресс в одной области часто ускоряет другую, например, в новых сенсорах уже применили метод коррекции ошибок из квантовых вычислений.
Несмотря на преимущества, квантовые радары вряд ли полностью вытеснят традиционные. Текущие прототипы
{...продолжить в источнике}
_______
Источник | #antidigital
@F_S_C_P