Supravodivý obvod je srdcem nového radaru. Kredit: Quantum Circuit Group (ENS de Lyon).

Kvantové technologie se objevují v mnoha typech zařízení. Tvůrci těchto technologií doufají, že díky trikům kvantové mechaniky budou lepší než jejich klasické protějšky. Že jejich technologie dosáhnou „kvantové výhody“ nebo přímo „kvantové nadvlády.“

Tohoto úsilí se účastní i francouzský tým Ecole Normale Supérieure de Lyon. Vyvinuli kvantový radar, který by mohl razantně porazit všechny existující klasické technologie radaru. Jak je u kvantových radarů obvyklé, využívá měření páru entanglovaných fotonů, z nichž jeden vyrazí k objektu (probe) a druhů zůstává v zařízení (idler).

Benjamin Huard. Kredit: Ecole Normale Supérieure de Lyon.

Benjamin Huard a jeho kolegové v roce 2022 vyvinuli supravodivý obvod, který mimo jiné dokáže generovat kvantový entanglement, uchovávat a manipulovat kvantové stavy mikrovlnných fotonů, a také počítat mikrovlnné fotony. Pak jim došlo, že mají po ruce vše, co potřebují k dosažení kvantové výhody v mikrovlnných radarech. Dřívější výzkum dosáhl kvantové výhody v optických systémech, ale mikrovlnné systémy doposud odolávaly.

Huard a spol. jsou první, kdo dokázal vyvinout kvantový mikrovlnný radar, který podstatně předčí klasické radary. Jak popisuje Huard, jejich radar generuje kvantový entanglement mezi mikrovlnným rezonátorem a signálem, který zařízení vysílá směrem k cíli. Prostředí je přitom plné mikrovlnného šumu.

Logo. Kredit: Ecole Normale Supérieure de Lyon.

Když cíl opravdu existuje, přijde špetka signálu a spousta šumu. Po zachycení signálu dochází k detekci mikrovlnných fotonů, které počítá zabudované zařízení.

Podle teoretických studií by využití kvantového entanglementu mohlo zrychlit detekci cílů radarem až čtyřikrát. Pilotní testy radaru Huardova týmu ukázaly, že jejich kvantový mikrovlnný radar detekuje cíle o 20 procent rychleji. Huard považuje za nejvíce zajímavý výsledek, že mohli dosáhnout kvantové výhody v prostředí s tak výrazným šumem, že v něm kvantový entanglement nevydrží. Je to pozoruhodná situace, kdy kvantově mechanický přístup může vést k získání kvantové výhody, i když reálně už žádný entaglement při měření nezbývá.

Vývoj kvantových technologií a jejich aplikací pokračuje. Huard a spol. dále vylepšují výkon kvantových radarů. Časem by mohly vzniknout pokročilé kvantové mikrovlnné radary, které dosáhnou ještě větší kvantové výhody.

Video: Benjamin Huard, ENS de Lyon - Measuring the number of photons in a microwave mode

Literatura

Physorg online 20. 7. 2023.

Nature Physics online 29. 6. 2023.