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Des physiciens mettent au point un prototype de radar quantique

radar quantique
| Philip Krantz

Les radars actuels classiques reposent sur des technologies à micro-ondes qui, si elles sont efficaces dans des environnements relativement calmes, montrent très vite leurs limites dans des environnements thermiquement bruyants, c’est-à-dire avec beaucoup de bruit thermique. Pour contourner ce problème, les physiciens travaillent depuis quelques années sur le concept de radar quantique ; une technologie radar utilisant l’intrication quantique pour détecter des objets, y compris dans les environnements les plus bruyants. Et récemment, une équipe internationale de chercheurs a mis au point un prototype fonctionnel de radar quantique. 

Des physiciens de l’Institut des sciences et technologies d’Autriche (IST Autriche) ont inventé un nouveau prototype de radar qui utilise l’intrication quantique comme méthode de détection des objets. Cette intégration réussie de la mécanique quantique dans les appareils pourrait avoir un impact significatif sur les industries biomédicales et de la sécurité. La recherche est publiée dans la revue Science Advances.

Des physiciens dirigés par Johannes Fink de l’Institut des sciences et technologies d’Autriche (IST Autriche) ainsi que ses collaborateurs Stefano Pirandola du Massachusetts Institute of Technology (MIT) et David Vitali de l’Université de Camerino (Italie), ont démontré un nouveau type de technologie de détection appelée « illumination quantique micro-ondes » et qui utilise des photons micro-ondes intriqués comme méthode de détection.

Le prototype, également connu sous le nom de radar quantique, est capable de détecter des objets dans des environnements thermiques bruyants où les systèmes radars classiques sont souvent inefficaces. La technologie a des applications potentielles pour les scanners biomédicaux d’imagerie et de sécurité à très faible puissance.

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L’intrication quantique comme nouvelle technologie de détection

Les principes derrière l’appareil sont simples : au lieu d’utiliser des micro-ondes conventionnelles, les chercheurs intriquent deux groupes de photons, appelés photons de signal et photons libres. Les photons de signal sont envoyés vers l’objet d’intérêt, tandis que les photons libres sont mesurés dans un isolement relatif, exempt d’interférences et de bruit. Lorsque les photons de signal sont réfléchis, l’intrication réelle entre le signal et les photons libres est perdue, mais une petite corrélation survit, créant une signature ou un motif qui décrit l’existence ou l’absence de l’objet cible, quel que soit le bruit dans l’environnement.

structure radar
Représentation schématique (a) et circuit (b) du radar quantique. Crédits : S. Barzanjeh et al. 2020

« Ce que nous avons démontré est une preuve de concept pour le radar quantique à micro-ondes. En utilisant l’intrication générée à quelques millièmes de degré au-dessus du zéro absolu (-273,14 °C), nous avons pu détecter des objets à faible réflectivité à température ambiante », explique Shabir Barzanjeh, dont les recherches antérieures ont contribué à faire avancer la notion théorique derrière la technologie de radar  quantique.

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Contourner efficacement les problèmes posés par les radars conventionnels

Bien que l’intrication quantique soit de nature fragile, l’appareil présente quelques avantages par rapport aux radars classiques. Par exemple, à de faibles niveaux de puissance, les systèmes radar conventionnels souffrent généralement d’une mauvaise sensibilité car ils ont du mal à distinguer le rayonnement réfléchi par l’objet du bruit de rayonnement de fond naturel. L’éclairage quantique offre une solution à ce problème car les similitudes entre le signal et les photons libres le rendent plus efficace pour distinguer les photons du signal (reçus de l’objet d’intérêt) du bruit généré dans l’environnement.

Barzanjeh déclare : « Le principal message derrière nos recherches est que l’éclairage radar quantique ou micro-ondes quantique est non seulement possible en théorie, mais aussi en pratique. Lorsqu’il est comparé aux détecteurs classiques de faible puissance dans les mêmes conditions, nous constatons qu’à des nombres de photons très faibles, la détection quantique améliorée peut être supérieure ».

Sources : Science Advances

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