ما هو الرادار الكمومي

يتم حاليًا استخدام فيزياء الكم في بعض الحالات المدهشة، حيث قام الفيزيائيون بتطوير نموذجًا أوليًا لـ `رادار كمي` يستخدم ظاهرة التشابك الكمي للكشف عن الأجسام، وهو نظام يمكن أن يتفوق في النهاية على الرادار التقليدي في بعض الظروف .

الرادار الكمومي

الرادار الكمومي هو تقنية حديثة للاستشعار عن بعد تعتمد على الارتباطات الكمية، وخاصة التشابك الكمي، وكشف الكمية المنتجة. إذا تم تطويره بنجاح، سيسمح الرادار الكمومي بالتمييز بين إشارته الخاصة حتى في وجود ضوضاء الخلفية. وهذا يمكنه من اكتشاف الطائرات المخفية وتصفية محاولات التشويش المتعمدة والعمل في مناطق ذات ضوضاء عالية في الخلفية، مثل فوضى الأرض. تم اقتراح أول تصميم عملي للرادار الكمومي في عام 2015، عن طريق فريق دولي، ويستند إلى بروتوكول الإضاءة الكمومية الغوسي .

ما هو التشابك الكمي

يشير التشابك الكمي إلى حالة غريبة حيث يمكن ربط جسيمين بشدة لدرجة تجعلهما يبدوان وكأنهما يتفاعلان على الفور، بغض النظر عن المسافة بينهما؛ وعند قياس حالة جسيم واحد، سيؤدي ذلك إلى تغيير حالة الجسيم الآخر على الفور، حتى إذا كان في الجانب الآخر من الكون، وهذا يعني أن المعلومات تنتقل بسرعة أسرع من سرعة الضوء، والتي عموما يعتقد أنها مستحيلة؛ ومع ذلك، فإنها تحدث بوضوح ويمكن قياسها، وقد أثارت هذه الظاهرة قلق آينشتاين نفسه الذي وصفها بأنها “عمل مخيف عن بعد .

على الرغم من أننا لا نزال لا نفهم تماما سببها أو كيفية عملها ، إلا أن ذلك لا يمنع العلماء من اكتشاف طرق لاستخدامها لصالحنا ، حيث يتم اتخاذ خطوات كبيرة نحو إنشاء أجهزة كمبيوتر كمومية وإنترنت كمومي ، وكلاهما سيكون سريعا للغاية ولا يمكن اختراقه ؛ والآن، في دراسة جديدة قام بها علماء الفيزياء في معهد العلوم والتكنولوجيا النمسا (IST النمسا) ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وجامعة يورك تم تطبيق الظاهرة على الرادار .

كيف يعمل الرادار الكمومي

يتم عمل الرادار عن طريق إرسال موجات الراديو أو الموجات الدقيقة واستقبال كيفية ارتدادها، وذلك لرسم صورة واضحة عن الأجسام الموجودة في المنطقة. ويعمل النظام النموذجي الجديد على نفس المبدأ الأساسي، ولكنه يستخدم الفوتونات المتشابكة الكمومية .

يتكون الزوج المتشابك من فوتونين، حيث يسمى الأول “فوتون الإشارة” والآخر “المهمل”. وترسل الفوتونات الإشارية نحو الشيء المستهدف، في حين يتم عزل الفوتونات المهملة عن أي تدخل. وعندما يتم انعكاس الفوتون الخلفي، فإنه يتغير ويؤثر على الفور على الفوتون المهمل، ويمكن من خلال ذلك التحقق من وجود الكائن المستهدف في المنطقة أم لا .

يتم فقدان التشابك الكمي الحقيقي بين نوعي الفوتونات عندما تنعكس الإشارة، ولكن يتم الاحتفاظ بمعلومات كافية لإنشاء توقيع يمكن تحديد قراءة كائن .

على سبيل المثال، دعنا نأخذ خاصية الدوران؛ عند الحديث عن الجسيمات، فإن الدوران لا يعني الحركة الفعلية، بل هو تشبيه للقطبية للجسيم. لنفترض أن لديك جسيمات متشابكة A و B، عندما يتم قياسها، فإن حالة دورانها غير مؤكدة (بدلا من ذلك، فهي موجودة في جميع الحالات في نفس الوقت بفضل التداخل). وعندما يتم قياس جسيم A، فإنه يتم تحديد حالة الدوران المحددة، فلنفترض أن حالة جسيم A تكون 1 في الوقت الحالي، إذا عند قياس جسيم B، ستجد أنه يكون له دوران بقيمة – .

هل يسمح التشابك بإرسال الإشارات

على الرغم من أن هذا التشابك مثير للإهتمام  إلا أنه لا يسمح للجسيم بإرسال إشارة إلى شريكه المتشابك ، كما تشير العديد من المقالات الإخبارية. يقول “سيث لويد” ، وهو مهندس ميكانيكي في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) : في إشارة إلى رفض آينشتاين الشهير لنظرية التشابك الكمي : إن العمل المخيف عن بعد مضلل إلى حد ما وأن ما قاله آينشتاين في الواقع يبدو أفضل باللغة الألمانية ، وهذا يعني شيئًا مختلفًا قليلاً ما يهم هو ، إذا أرسلت جسيمًا متشابكًا فإن كل ما يحدث لا ينقل أي معلومات إلى الجسيم في المختبر .

يوفر التشابك وسيلة للتحقق من أن الفوتونات التي يلتقطها المستقبل هي نفسها التي تم إرسالها، وذلك لأن الجسيمات التي تم تشابكها ما زالت تحمل بعض الآثار التي تم الاحتفاظ بها .

يقول “لويد” : ما يفعله التشابك الكمي في الأساس هو تحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء لكمية معينة من الطاقة لذا ، فإن جزءًا صغيرًا من هذه الفوتونات يمكن أن يسمح للمشغل باكتشاف الأجسام حتى في مستويات حساء البازلاء من الضوضاء ، وهو أمر جيد لأنه لا يوجد كاشف رادار هو حارس بوابة مثالي فكلهم يلتقطون الضوضاء .

دور الإضاءة الكمية في الرادار الكمومي

من الإضاءة إلى الرادار، تعمل الإضاءة الكمية بشكلٍ أفضل عندما تكون مستويات إشعاع الخلفية أعلى بالنسبة إلى قوة الإشارة، ومع ذلك، استخدم إطار `لويد` الفوتونات في الطيف المرئي، وليس هناك الكثير من إشعاع الخلفية المفيدة في النطاق المرئي .

ومع ذلك انخفض إلى تردد أقل ، ويزداد إشعاع الخلفية بشكل كبير هذا هو بالضبط ما اقترحته مجموعة من الباحثين متعددي الجنسيات في عام 2015 ميلاديًا ؛ حيث أنه باستخدام محول خاص، قالوا إنه يمكن أن يتشابك الفوتونات مع الموجات الدقيقة ، ويتم إرسال الفوتونات – ما يسمى بجسيمات المهمل – مباشرة إلى الكاشف ، بينما تنبعث الموجات الدقيقة وإذا وجد أي من الموجات الدقيقة طريقه إلى جهاز الاستقبال ، فإن المحول يحولها إلى فوتونات قبل تحويلها إلى الكاشف وبمجرد وصولها إلى الكاشف ، يمكن مقارنة هذه الفوتونات بالميكروويف مع رفاقها المتشابكين سابقًا .

هذه الورقة هي نفسها التي حددت الحد الأقصى لرادار الكم بأقل من 7 أميال، وكلما كانت الفوتونات الطويلة أكثر كسلًا في الكاشف وبانتظار إرجاع الموجات الدقيقة المصاحبة لها، كلما زادت الخسارة التي تتعرض لها الأشارة، والفوتونات الضائعة لا تساهم في إجراء مقارنات فعالة .

الرادار الكمومي و الرادار الكلاسيكي

يعد الرادار الكمومي فعالًا أكثر من الرادار الكلاسيكي في بعض الظروف، حيث تعد التقنية الجديدة أكثر فعالية في اختيار الأهداف المستهدفة من ضجيج الخلفية للرادار منخفض الطاقة .

ويقول “شبير برزنجه” (المؤلف الرئيسي للدراسة) : ما ثبته لدينا هو دليل على فكرة الرادار الميكروويف الكمومي، وباستخدام التشابك الناتج عن بضعة آلاف من درجات الحرارة أعلى من الصفر المطلق (-273.14 درجة مئوية)، تمكنا من اكتشاف جسم انعكاسي منخفض الحرارة في درجة حرارة الغرفة .

بالإضافة إلى تحسين نظم الرادار، يمكن تطبيق التقنية الجديدة في نهاية المطاف على الماسحات الضوئية الأمنية وتصوير الأنسجة البشرية .

وأخيرا، هذا لا يعني أن الرادار الكمومي هو حلم مزعج في مجتمع الدفاع، ولكن من المعروف أن المشاريع السرية في مجال الدفاع كانت مفاجئة للمجتمع العلمي في الماضي. وعلى الرغم من ذلك، قد يكون الرادار الكمومي مفيدا للغاية في المستقبل القريب في تطبيقات قريبة، مثل الطب، حيث يسمح التصوير بالطاقة المنخفضة للأطباء برؤية ما يحدث داخل الأشخاص بدون تلف الأنسجة .