L’illumination quantique offre un nouveau potentiel pour la technologie des radars

Monday, March 18, 2019

Des chercheurs de l’Institut d’informatique quantique (IQC) ont réalisé la première démonstration d’un radar à bruit à illumination quantique, ouvrant la voie à des avancées prometteuses en technologie des radars.

Les chercheurs ont montré comment le processus quantique peut rendre un radar 10 fois plus performant que son pendant classique, permettant de détecter des objets plus petits, plus éloignés ou qui se déplacent plus vite — tout en rendant le radar moins détectable par ses cibles.

« Nous appliquons à des situations concrètes la technologie mise au point pour l’informatique quantique », a déclaré Christopher Wilson, professeur au Département de génie électrique et informatique à l’Université de Waterloo et chercheur principal au Laboratoire d’ingénierie de systèmes quantiques à l’IQC. « Nos résultats montrent que l’illumination quantique est une avancée prometteuse pour les radars, qui constituent une importante application pratique. » [traduction]

Protocole quantique et protocole classique

L’équipe de M. Wilson a réalisé en laboratoire une expérience de principe de détection par radar, afin de comparer directement les performances d’un protocole quantique et celles d’un protocole classique. Les chercheurs ont produit des photons intriqués à l’aide d’un dispositif qu’ils avaient conçu pour intriquer de multiples photons de micro-ondes à des fréquences voisines de 5 GHz — la bande de fréquences de communications sans fil par téléphone cellulaire et liaison Wi-Fi.

Ils ont ensuite créé une source classique de photons qui reproduisait en apparence les signaux produits par le dispositif quantique, mais sans intrication. En envoyant les photons des deux sources à travers le dispositif de détection, comparant directement les protocoles quantique et classique, les chercheurs ont constaté que la source quantique était 10 fois plus performante que la source classique.

Ils ont observé que cette performance améliorée survenait uniquement lorsque le niveau de signal se situait près de celui de photons individuels, ce qui est beaucoup plus faible que le signal utilisé par un radar typique. Même s’il y a des moyens techniques bien connus pour augmenter la puissance d’un signal, « il y a une amélioration lorsque le signal est intrinsèquement faible, de sorte que des applications sont possibles dans des situations où l’utilisateur ne veut pas que le sujet sache qu’il est surveillé » [traduction], a indiqué M. Wilson.
 

Image au microscope du dispositif employé pour produire les signaux de micro-ondes intriqués.

Image au microscope du dispositif employé pour produire les signaux de micro-ondes intriqués. Les corrélations mesurées entre les signaux montrent que ceux-ci sont intriqués. Caricature du protocole radar.

De l’avenir dans le domaine des micro-ondes

Cette expérience constitue un jalon car elle est la première démonstration de l’illumination quantique en régime de micro-ondes. « Cela est très intéressant, a expliqué M. Wilson, parce que c’est la gamme de fréquences dans laquelle la plupart des radars fonctionnent, de sorte qu’il pourrait y avoir dans l’immédiat d’autres applications pratiques pour la technologie actuelle des radars. » [traduction]

Elle montre aussi le potentiel d’applications concrètes des micro-ondes quantiques en plus du cryostat à la température ambiante, ce qui constitue une perspective enthousiasmante pour Christopher Wilson : « Si nous comprenions pourquoi cela fonctionne effectivement, nous franchirions une étape vraiment importante dans la mise au point d’autres applications des micro-ondes quantiques. » [traduction]

L’article Quantum-Enhanced Noise Radar (Radar à bruit à illumination quantique), rédigé en collaboration avec l’Université de Sherbrooke et Recherche et développement pour la défense Canada (RDDC), a fait la manchette du numéro du 18 mars de la revue Applied Physics Letters. Ces recherches ont été menées en partie grâce à l'appui du Fonds d’excellence en recherche Apogée Canada (FERAC).

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