Квантовомеханическая разведка: новая ДЗЗ-технология

Как сообщает Space Daily, управление научных исследований ВВС США исследует возможности принципиально новой технологии фиксации изображений, основанной на принципах квантовой механики.

Указывается, что ее применение позволит по-новому подойти к сбору и распределению информации, получаемой сенсорами поля боя, а также космическими системами спецназначения.

Предполагается, в частности, что с ее помощью удастся улучшить управление лазерным излучением, обеспечивать хранение данных в квантовых компьютерах, а также обеспечивать практически абсолютную криптозащиту при передаче больших массивов изображений. Очевидно, такие технологии найдут применение в перспективных высоко защищенных разведывательных системах и в комплексах дистанционного зондирования Земли из космоса.

Новая технология получения изображений-«призраков» ("ghost-imaging") основывается на использовании квантово-механического эффекта сохранения особого рода связи между фотонами (так называемые entangled photons, фотоны в связанном, или «спутанном», состоянии). Эффект позволяет уже сейчас получать достоверные изображения объекта при помощи фотонов, ни один из которых не вступал каким-либо образом во взаимодействие с изображаемым объектом.

Исследования в области передачи изображений с использованием эффекта квантовой связи между фотонами проводятся исследовательской группой Мэриледнского университета и Национального института стандартов и технологий США (NIST) под руководством профессора Яньхуа Ши (Yanhua Shih).

Ученым удалось при помощи разработанного ими удобного и гибкого метода получения сдвоенных фотонных пучков (twin light beams) получить «квантово связанные изображения» (quantum images) – пары визуальных образов, разнесенных в пространстве, но связанных друг с другом принципами квантовой механики.

«Использование изображений всегда было предпочтительным методом коммуникаций, поскольку они способны передавать большие массивы информации, - указывает ведущий автор публикации Винсент Бойер (Vincent Boyer). – Однако вплоть до настоящего времени камеры и другие оптические детекторы не регистрируют большие объемы полезной информации, содержащейся в визуальных образах. Благодаря использованию преимуществ, открывающихся при учете квантово механических аспектов образов, мы можем усовершенствовать широкий спектр приложений – от фиксации образов сложных для наблюдения объектов в виде изображений до хранения данных в квантовых компьютерах будущего».

В отличие от стандартных детекторов, фиксирующих интенсивность светового излучения в каждом пикселе и его спектральные характеристики, и голографических детекторов, дополнительно регистрирующих информацию о фазе излучения, новый метод позволяет регистрировать также квантовые особенности светового излучения.

В частности, учет «квантового шума», неизбежно присутствующего в излучении, позволяет произвольным образом снижать его влияние на определенный аспект изображения. Например, можно значительно снизить шум информации об интенсивности излучения за счет повышения шумов в информации о его фазе, и т.д.

Получение изображения с помощью квантово связанных между собой, но разнесенных в пространстве источников света, уже продемонстрированное в лабораторных условиях, внешне подобно регистрации светового излучения от объекта фотодетектором – за тем исключением, что в данном случае формирующий образ световой поток никогда и никоим образом не взаимодействовал с отображаемым объектом.

Последний освещается иным пучком – возможно, удаленным большое расстояние от первого, но находящегося в состоянии квантовой связи с ним.

Внешне эффект проявляется в том, что на детекторе, освещаемом вторым пучком и никоим образом не взаимодействовавшим с «фотографируемым» объектом, начинает «проявляться» изображение последнего – оно становится отчетливо различимым уже после регистрации нескольких тысяч пар фотонов.

Эффект квантовой связи между пучками связи не допускает перехвата передаваемой таким образом из одной области пространства в другое визуальной информации каким бы то ни было образом.

«Моя цель – глубже исследовать физику феномена получения изображений-«призраков», создать его теорию и довести технологию до практического применения в области нелокального дистанционного зондирования (nonlocal sensing-imaging applications), имея в виду, в первую очередь, ВВС США», - указывает проф. Ши.

Более подробная информация о новой квантово-механической технологии высоко защищенного дистанционного зондирования будет представлена на портале Исследования и разработки – R&D.CNews.