我国科大在量子激光雷达体系研讨方面获得重大突破

时间: 2024-09-16 04:14:01 |   作者: 新闻中心

  近来，薛向辉教授领导的激光雷达团队在量子激光雷达体系研讨方面获得了重大进展。该团队初次提出了根据上转化量子干与原理的测风激光雷达理论，并根据这一理论立异成功研制了样机。相较于传统的相干测风雷达，新体系完成了0-13km/s的速度动态勘探规模和7倍勘探灵敏度的进步。这一成果于2024年8月15日宣布在《ACS Photonics》上。（10.1021/acsphotonics.4c00302）

  “看得远、看得细，测得快、测得准”是激光雷达寻求的方针。单光子激光雷达比较传统激光雷达完成了单光子灵敏度的勘探，功能有了极大的进步。但是，运用更多量子精细丈量原理的量子雷达理论仍处于发展阶段。自1987年双光子（HOM）干与被发现以来，HOM干与已成为区别量子现象与经典物理学的要害柱石，标志着量子探究新时代的到来。HOM干与不仅在准确的时刻丈量和量子态剖析方面发挥着根底效果，还在量子信息处理的各种运用中成为中心。根据HOM干与的量子精细丈量理论和运用立异，渐渐的变成了当时的研讨热门。

  薛向辉课题组运用HOM干与和高阶量子擦除使得来自不同光源的独立光子展现出量子干与现象，并根据该理论开发了一种根据上转化勘探器的双光子干与大气激光雷达体系。这种办法具有单光子灵敏度、高量子功率、大检测带宽和多波长适用性。运用量子擦除结合光学紧缩采样办法，该量子雷达体系可以以MHz的采样率记载超越17 GHz带宽（对应13km/s）的光学信号，处理了超高速方针接连检测中弱信号的高采样率和大数据存储量问题，为完成高达数十公里/秒的超高速接连速度检测铺平了路途。

  超越17GHz的勘探带宽，频率勘探差错≤60MHz（波长计差错60MHz）

  在外场试验中，量子干与雷达体系运用70μJ能量完成了水平16km间隔的风场勘探，比较于现有激光雷达体系，风场勘探一致性R2=0.997的情况下完成了7倍勘探灵敏度的进步。

  该技能的中心在于运用双光子干与现象，并经过量子擦除按捺噪声进步信噪比。双光子干与是一种量子光学现象，在这种现象中两个光子之间会产生干与，即便它们不一起存在也能观察到相关性。量子擦除则是一种量子力学进程，可以终究靠操作额定的光子来消除或康复双光子之间的量子羁绊状况。

  远间隔测风证明，该技能在弱信号丈量方面具有巨大的潜力。无需运用频率辨别设备即可检测光学频率，这是一种全新的检测的新办法，结合了直接勘探和相干勘探的长处。该雷达体系现已完成了光纤集成和紧凑化，未来有或许运用于接连遥感丈量超高速移动软硬方针。

  地球和空间科学学院的王冲副研讨员和杨可欣博士是论文榜首作者，薛向辉教授为论文通讯作者。该作业得到了张强、陶岚和申屠国樑，以及国家重点研制方案、国家自然科学基金等的支撑。