Berita dari Universitas Sains dan Teknologi Tiongkok (USTC), baru-baru ini, tim LIDAR yang dipimpin oleh Prof. Xianghui Xue telah membuat kemajuan signifikan dalam penelitian sistem LIDAR kuantum. Tim untuk pertama kalinya mengemukakan teori lidar pengukuran angin berdasarkan prinsip interferensi kuantum upconversion, dan berdasarkan inovasi teoritis ini berhasil mengembangkan prototipe. Dibandingkan dengan radar pengukuran angin koheren tradisional, sistem baru ini mewujudkan jangkauan deteksi dinamis kecepatan 0-13km/s dan peningkatan 7-kali lipat dalam sensitivitas deteksi. Hasil ini dipublikasikan pada 15 Agustus 2024 di ACS Photonics.
"Melihat jauh, melihat dengan baik, mengukur dengan cepat, dan mengukur dengan akurat" adalah tujuan yang dikejar oleh LIDAR. LIDAR foton tunggal mencapai deteksi sensitivitas foton tunggal dibandingkan dengan LIDAR konvensional, yang telah meningkatkan kinerja secara signifikan. Namun, teori radar kuantum yang memanfaatkan lebih banyak prinsip pengukuran presisi kuantum masih dalam tahap pengembangan. Sejak penemuan interferensi dua foton (HOM) pada tahun 1987, interferensi HOM telah menjadi landasan utama dalam membedakan fenomena kuantum dari fisika klasik, yang menandai dimulainya era baru eksplorasi kuantum. Interferensi HOM tidak hanya memainkan peran mendasar dalam pengukuran waktu yang tepat dan analisis status kuantum, tetapi juga penting bagi berbagai aplikasi dalam pemrosesan informasi kuantum. Inovasi teori pengukuran presisi kuantum dan aplikasi berdasarkan interferensi HOM telah menjadi pusat penelitian saat ini.
Kelompok Xianghui Xue memanfaatkan interferensi HOM dan penghapusan kuantum tingkat tinggi untuk membuat foton independen dari sumber cahaya yang berbeda menunjukkan fenomena interferensi kuantum, dan mengembangkan sistem lidar atmosfer interferometrik dua foton berdasarkan detektor konversi atas berdasarkan teori ini. Pendekatan ini menawarkan sensitivitas foton tunggal, efisiensi kuantum tinggi, lebar pita deteksi besar, dan penerapan multipanjang gelombang. Dengan menggunakan penghapusan kuantum yang dikombinasikan dengan metode pengambilan sampel kompresif optik, sistem radar kuantum ini mampu merekam sinyal optik dengan laju pengambilan sampel MHz melalui lebar pita 17 GHz (setara dengan 13 km/dtk), yang memecahkan masalah laju pengambilan sampel tinggi dan kapasitas penyimpanan data besar dari sinyal lemah dalam deteksi berkelanjutan target berkecepatan sangat tinggi, dan membuka jalan untuk mewujudkan deteksi kecepatan berkelanjutan berkecepatan sangat tinggi hingga puluhan kilometer/detik.
Bandwidth deteksi lebih dari 17GHz, kesalahan deteksi frekuensi kurang dari atau sama dengan 60MHz (kesalahan pengukur panjang gelombang 60MHz)
Dalam percobaan lapangan luar, sistem radar interferensi kuantum menggunakan energi 70μJ untuk mewujudkan deteksi medan angin pada jarak horizontal 16 km, yang mencapai peningkatan 7- kali lipat dalam sensitivitas deteksi dengan konsistensi deteksi medan angin R2=0.997 dibandingkan dengan sistem LiDAR yang ada.
Deteksi medan angin pada jarak 16 km menggunakan energi 70μJ
Inti dari teknologi ini adalah memanfaatkan fenomena interferensi dua foton dan meningkatkan rasio sinyal terhadap derau dengan menekan derau melalui penghapusan kuantum. Interferensi dua foton adalah fenomena optik kuantum di mana dua foton saling mengganggu dan korelasi diamati bahkan ketika keduanya tidak hadir pada saat yang sama. Penghapusan kuantum, di sisi lain, adalah proses mekanika kuantum yang dapat digunakan untuk menghilangkan atau memulihkan keadaan keterikatan kuantum antara dua foton dengan memanipulasi foton tambahan.
Telemetri telah menunjukkan bahwa teknik ini memiliki potensi besar untuk pengukuran sinyal lemah. Frekuensi optik dapat dideteksi tanpa menggunakan perangkat diskriminasi frekuensi, metode deteksi baru yang menggabungkan keunggulan deteksi langsung dan koheren. Sistem radar telah diintegrasikan dan dipadatkan secara serat optik, dengan potensi aplikasi masa depan untuk pengukuran penginderaan jarak jauh berkelanjutan dari target keras dan lunak yang bergerak dengan kecepatan sangat tinggi.
