中国科大实现量子增强的微波测距

2023-03-19 09:42IT之家 - 问舟
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IT之家 3 月 19 日消息,基于微波信号测量的雷达定位技术已经在自动驾驶、智能生产、健康检测、地质勘探等活动中得到广泛应用。据中国科学技术大学官网,该校郭光灿院士以及孙方稳教授的团队在实用化量子传感研究中取得重要进展。

该研究组利用微纳量子传感与电磁场在深亚波长的局域增强,研究微波信号的探测与无线电测距,实现 10-4 波长精度的定位。该成果已于 3 月 9 日发表在国际知名期刊《自然・通讯》上(IT之家附论文 DOI 链接)

与传统雷达系统相比,该量子测量方法无需检测端的放大器等有源器件,降低了电子噪声等因素对测量极限的影响。通过后续的研究,将可以进一步提高基于固态自旋量子传感的无线电定位精度、采样率等指标,发展实用化固态量子雷达定位技术,超过现有雷达的性能水平。

▲ 基于固态自旋量子体系的射频信号探测与测距示意图。

官方表示,孙方稳研究组发展了电荷态耗尽纳米成像方法,实现基于金刚石氮-空位色心的超衍射极限分辨力电磁场矢量传感与成像,并利用超分辨量子传感探索了电磁场在 10-6 波长空间内局域增强的现象。

据介绍,该方法将自由空间弱信号的探测转换为对纳米尺度下电磁场与固态自旋相互作用的探测,提高了固态量子传感器的微波信号测量灵敏度 3-4 个量级。

为了进一步利用高灵敏度的微波探测实现高精度微波定位,研究组搭建了基于金刚石量子传感器的微波干涉测量装置,通过固态自旋探测物体反射微波信号与参考信号的干涉结果,得到物体反射微波信号的相位以及物体的位置信息。同时,研究组利用固态自旋量子探针与微波光子多次相干相互作用,实现了量子增强的位置测量精度,达到 10 微米水平(约波长的万分之一)。

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