Construído primeiro protótipo de radar quântico

Redação do Site Inovação Tecnológica - 13/05/2020

Ilustração do radar quântico, que deverá ter usos mais imediatos na saúde, detectando problemas sem a necessidade de biópsias.

Radar quântico

Físicos do Instituto de Ciência e Tecnologia da Áustria construíram o primeiro protótipo de um radar que usa o entrelaçamento quântico como método de detecção de objetos à distância.

Essa integração da mecânica quântica em equipamentos pode impactar significativamente as indústrias biomédica e de segurança.

O entrelaçamento quântico - ou emaranhamento - é um fenômeno físico pelo qual duas partículas permanecem interconectadas, compartilhando características físicas, independentemente da distância entre elas.

O novo tipo de tecnologia de detecção - chamada iluminação quântica de micro-ondas, mas mais conhecida como radar quântico - utiliza fótons de micro-ondas entrelaçados como método de detecção.

O protótipo mostrou-se capaz de detectar objetos em ambientes térmicos "barulhentos", onde os sistemas de radar clássicos geralmente falham.

Como funciona em temperaturas criogênicas, a exemplo de equipamentos como a tomografia, a tecnologia é vista como promissora principalmente para scanners de imagens biomédicas de potência ultrabaixa - o objeto a ser detectado pode estar em temperatura ambiente. Mas há também quem se arrisque a dizer que os radares quânticos poderão anular a tecnologia dos aviões invisíveis.

Como funciona o radar quântico

O princípio de funcionamento do radar quântico é simples: Em vez de usar micro-ondas "no atacado", dois grupos de fótons, chamados de sinal e inativo, ou intermediário, são entrelaçados. Os fótons de sinal são enviados para o objeto de interesse, enquanto os fótons intermediários são medidos em relativo isolamento, livres de interferências e ruídos.

No radar quântico, a medição é feita no conjunto de fótons que nunca vai até o objeto.

[Imagem: Shabir Barzanjeh et al. - 10.1126/sciadv.abb0451]

Quando os fótons de sinal são refletidos pelo objeto, o entrelaçamento entre eles e os fótons inativos é perdido, mas uma pequena quantidade de correlação sobrevive, criando uma assinatura que descreve a existência ou a ausência do objeto, independentemente do ruído no ambiente. Ou seja, um grupo de fótons atinge o objeto, e as informações são lidas nos seus parceiros entrelaçados, que nunca vão até o objeto.

O processo é basicamente o mesmo usado recentemente para criar uma câmera quântica, que literalmente fotografa o que nunca visualizou.

"O que nós demonstramos é uma prova de conceito para o radar quântico de micro-ondas," disse Shabir Barzanjeh, que já havia ajudado a desenvolver os princípios teóricos da tecnologia de radar quântico em 2015. "Usando o entrelaçamento gerado a alguns milésimos de grau acima do zero absoluto (-273,14 °C), conseguimos detectar objetos de baixa refletividade a temperatura ambiente".

Vantagens do radar quântico

Embora o entrelaçamento quântico em si seja frágil por natureza, o radar quântico tem algumas vantagens sobre os radares clássicos convencionais.

Por exemplo, em baixos níveis de energia, os sistemas de radar convencionais normalmente sofrem de baixa sensibilidade, tendo dificuldade em distinguir entre a radiação refletida pelo objeto e o ruído de fundo que ocorre naturalmente.

A iluminação quântica oferece uma solução para esse problema, uma vez que as semelhanças entre o sinal e os fótons intermediários gerados pelo entrelaçamento quântico tornam mais eficaz distinguir os fótons de sinal (recebidos do objeto de interesse) do ruído gerado no ambiente.

Bibliografia:

Artigo: Microwave quantum illumination using a digital receiver

Autores: Shabir Barzanjeh, Stefano Pirandola, David Vitali, Johannes M. Fink

Revista: Science Advances

Vol.: 6, no. 19, eabb0451

DOI: 10.1126/sciadv.abb0451