Kuantum aydınlatma
İki dolanık foton oluşturun. Birini ('sinyal') hedefe doğru gönderin, diğerini ('idler') alıcıda tutun. Sinyal döndüğünde idler'a karşı ortak bir ölçüm yapın. Teorik olarak bu, arka plan parlakken ve sinyal zayıfken klasik radara göre 6 dB SNR avantajı sağlar.
Eşevresizlik sorunu
Dolanıklık kırılgandır. Sinyal fotonu onlarca kilometre uzaktaki bir hedeften yansıdığında, dolanıklık atmosferik moleküllerle etkileşimle neredeyse kesinlikle yok edilmiştir. 6 dB avantajı çöker. Laboratuvar gösterimleri kriyojenik ortamlarda metre altı mesafelerde çalışır — tam olarak avcı-radar koşulları değil.
Mikrodalga üretimi
Dolanık mikrodalga (optik değil) foton üretmek, 20 mK'ya soğutulmuş Josephson parametrik yükselteçleri gerektirir. 'Verici' bir gardırop büyüklüğünde seyreltme buzdolabıdır. Bunu bir muhribe, avcıya bırak, koyamazsınız.
Gerçekte makul olan
Kısa menzilli, düşük güçlü uygulamalar (tıbbi görüntüleme, tek-foton LIDAR) için kuantum-geliştirilmiş radar gerçektir. Gizli uçaklara karşı uzun menzilli kuantum radar — şimdilik — bir basın bülteni, sistem değil. Avantaj gerçek ama küçük, mühendislik şiddetli ve klasik AESA + ML aynı SNR boşluğunu farklı bir yolla kapatmaya devam ediyor.
Gauss Durumu Sınırlaması
Kuantum radarı hakkındaki yaygın bir teknik yanlış anlama, sistemin Bell çifti gibi basit parçacık dolaşıklığına dayandığıdır. Mikrodalga uygulamalarında sinyal aslında 'sıkıştırılmış' bir Gauss durumudur. Klasik termal gürültüye karşı avantaj sağlamak için alıcının, ilintili sinyal-artı-gürültü ile saf gürültüyü birbirinden ayırması gerekir. Bu, 'avara' (idler) fotonun fazının aşırı hassasiyetle korunmasını gerektirir. Ancak mesafe arttıkça, atmosferik termal arka plan, kuantum korelasyonunu maskeleyen 'kayıplı' bir gürültü sunar. Sayısal olarak, klasik bir radar güçle doğrusal olarak ölçeklenirken, kuantum radarın avantajı logaritmiktir; bu da güç arttıkça hemen bir verim azalması duvarına çarpılacağı anlamına gelir.
Ayrıca, 6 dB'lik teorik sınır, mükemmel bir ortak ölçüm yapıldığını varsayar. Pratik mühendislikte, işleme için mikrodalga fotonlarının optik sinyallere dönüştürülmesi, sağlanan kuantum avantajından daha fazla ekleme kaybına neden olur. Kuantum aydınlatmayı formüle eden Lloyd'un 2008 tarihli makalesi, bu faydanın yalnızca sinyal gücünün çok düşük olduğu yüksek yoğunluklu termal gürültü ortamlarında var olduğunu açıkça belirtmiştir. Gürültüyü klasik yöntemlerle aşacak kadar gücünüz varsa, kuantum yönteminin hiçbir faydası yoktur. Bu durum, yüksek güçlü darbeli ileticilerin standart olduğu uzun menzilli gözetleme sistemleri için teknolojiyi kullanışsız kılar.
CETC 2016 Duyurusu ve Gerçekler
2016 yılında Çin Elektronik Teknoloji Grubu Şirketi (CETC), 100 kilometrelik bir algılama menziline sahip kuantum radarı geliştirdiğini iddia ederek uluslararası manşetlere çıktı. Bu iddia, küresel fizik topluluğu tarafından kuşkuyla karşılandı. CETC donanım parçalarını gösteren görüntüler paylaşsa da, uzmanların çoğu sonucun 'kuantumla geliştirilmiş' klasik yöntemlerin yanlış anlaşılması veya bilinçli bir yanıltma olduğuna inanıyor. 100 km menzil, sıcak ve türbülanslı bir atmosferde dolaşıklığın korunmasını gerektirir ki bu, mikrodalga fotonlarının bilinen dekoherans oranlarıyla çelişir. Bu menzil için gereken kriyojenik soğutmayı sürdürme enerjisi, mevcut mobil platform kapasitelerini aşmaktadır.
Teknik analizler, Çin'in olası başarısının gerçek dolaşıklık tabanlı kuantum aydınlatmadan ziyade 'hayalet görüntüleme' (ghost imaging) veya gürültü çıkarma tekniklerini içerdiğini göstermektedir. Hayalet görüntüleme, iki ışık demeti arasındaki uzamsal korelasyonları kullanır ancak çalışması için kesin bir dolaşıklık gerektirmez. Duman veya bulutların arkasını görmede yararlı olsa da, heyecan uyandıran medya raporlarında vaat edilen 'hayalet uçak katili' yeteneklerini sağlamaz. Bu ayrım kritiktir: biri sinyal işlemede küçük bir iyileştirmeyken, diğeri 2020'li yıllar itibarıyla fiziksel olarak laboratuvar tezgahlarına ve sıvı helyum soğutma sistemlerine hapsolmuş bir teknolojidir.
Kendiliğinden Parametrik Aşağı Dönüşüm Engeli
Dolanık foton çiftleri oluşturmak için kullanılan temel süreç olan Kendiliğinden Parametrik Aşağı Dönüşüm (SPDC), mikrodalga frekanslarında optik spektrumda olduğundan çok daha az verimlidir. Tipik bir laboratuvar kurulumunda araştırmacılar, bir pompa fotonunu daha düşük enerjili iki fotona bölmek için doğrusal olmayan kristaller veya süperiletken devreler kullanır. Ancak, başarılı bir dolanıklık oluşturma olasılığı son derece düşüktür ve genellikle tek bir uyumlu çift üretmek için milyonlarca pompa döngüsü gerektirir. Optik SPDC 1980'lerden beri kuantum optiğinin temel taşı olsa da, bunu radar sistemleri tarafından kullanılan gigahertz aralığına ölçeklendirmek, algılama için gereken hassas kuantum korelasyonlarını maskeleyen devasa termal gürültüye yol açar.
Üretim hızı artsa bile, bu fotonların 'haberci' doğası bir veri hızı darboğazı yaratır. Klasik radarda, yüksek güçlü bir magnetron veya katı hal amplifikatörü, geniş bir bant genişliği boyunca megawattlarca enerji darbesi gönderebilir. Tekil foton sayımlarına dayanan bir kuantum sistemi, şu anda yüksek hızlı hava hedeflerinin gerçek zamanlı takibi için gerekenin çok altında bit hızlarında çalışmaktadır. Bu boşluğu kapatmak için gereken mühendislik çabası sadece kademeli bir iyileştirme meselesi değildir; sistemin hassas durumunu bozmadan milikelvin sıcaklıklarda doğrusal olmayan etkileşimlerin nasıl yönetileceği konusunda bir paradigma değişimi gerektirir.
Yanlış Tanımlama Paradoksu
Yaygın bir yanlış anlama, kuantum radarın uçağın fiziksel şeklini farklı şekilde algılayarak gizliliği 'baypas' ettiğidir. Gerçekte, kuantum aydınlatma tarafından sağlanan 6 dB'lik avantaj, özelliklerin çözünürlüğü için değil, yalnızca bir sinyalin varlığının tespiti için geçerlidir. Hayalet uçaklar, elektromanyetik enerjiyi ısı olarak yaymak üzere tasarlanmış radar soğurucu malzemeler (RAM) kullanır. Bir kuantum sinyali, klasik bir sinyal ile aynı soğurulma fiziğine tabidir. Eğer dönüş sinyali tamamen soğurulursa veya alıcıdan uzağa saçılırsa, ana istasyondaki dolanık 'idler' fotonun korelasyon kuracağı hiçbir şey kalmaz, bu da yüksek soğurma senaryolarında kuantum avantajını anlamsız kılar.
Ayrıca, Sayısal Radyo Frekans Hafızası (DRFM) karıştırması gibi modern elektronik harp taktikleri, alıcıyı şaşırtmak için yakalanan bir sinyali yeniden yayınlamaya dayanır. Savunucular, bir karıştırıcının orijinal darbenin spesifik dolanıklığını kopyalayamayacağı için kuantum radarın buna bağışık olduğunu iddia ederler. Bu doğru olsa da, karıştırıcının dolanıklığı kopyalamasına gerek yoktur; sadece alıcıyı tutarsız gürültüyle doyurması yeterlidir. Karıştırıcı ortam sıcaklığını (gürültü tabanını) yükselterek, kuantum radarını hassas kuantum korelasyonlarının termal dalgalanmalardan ayırt edilemediği bir rejime zorlar ve sistemin teorik kazanımlarını etkisiz hale getirir.