中国科大在量子激光雷达系统研究方面取得重大突破

　　近日，中国科年夜薛向辉传授带领的激光雷达团队正在量子激光雷达体系研究方面取患了重猛进展。该团队初次提出了基于上转换量子干预干与道理的测风激光雷达实践，并基于这一实践立异胜利研发了样机。相较于传统的相关测风雷达，新体系完成了0-13km/s的速率静态探测规模以及7倍探测活络度的晋升。这一结果于2024年8月15日颁发正在《ACS Photonics》上。（doi.org/10.1021/acsphotonics.4c00302）

　　“瞅患上远、瞅患上细，测患上快、测患上准”是激光雷达寻求的方针。单光子激光雷达相比传统激光雷达完成了单光子活络度的探测，机能有了极年夜的晋升。然而，哄骗更大批子紧密丈量道理的量子雷达实践仍处于成长阶段。自1987年双光子（HOM）干预干与被发明以来，HOM干预干与已成为区别量子征象与经典物理学的要害基石，标记着量子摸索新时代的到来。HOM干预干与不只正在准确的时间丈量以及量子态阐发方面阐扬着根蒂根基作用，还正在量子信息处置惩罚的各类使用中成为焦点。基于HOM干预干与的量子紧密丈量实践以及使用立异，曾经成为以后的研究热门。

　　薛向辉课题组哄骗HOM干预干与以及高阶量子擦除了使患上来自没有同光源的自力光子揭示出量子干预干与征象，并基于该实践开发了一种基于上转换探测器的双光子干预干与年夜气激光雷达体系。这类要领具备单光子活络度、高量子效率、年夜检测带宽以及多波长合用性。应用量子擦除了联合光学压缩采样要领，该量子雷达体系可以或许以MHz的采样率记载凌驾17 GHz带宽（对应13km/s）的光学旌旗灯号，解决了超高速方针持续检测中弱旌旗灯号的高采样率以及年夜数据存储量问题，为完成高达数十千米/秒的超高速持续速率检测摊平了门路。

凌驾17GHz的探测带宽，频次探测误差≤60MHz（波长计误差60MHz）

　　正在外场试验中，量子干预干与雷达体系应用70μJ能量完成了程度16km间隔的风场探测，相比于现有激光雷达体系，风场探测一致性R²=0.997的环境下完成了7倍探测活络度的晋升。

应用70μJ能量完成16km间隔风场探测

　　该技能的焦点正在于哄骗双光子干预干与征象，并经由过程量子擦除了按捺噪声普及信噪比。双光子干预干与是一种量子光学征象，正在这类征象中两个光子之间会产生干预干与，纵然它们没有同时存正在也能察看到相干性。量子擦除了则是一种量子力学历程，可以经由过程把持分外的光子来消弭或恢复双光子之间的量子纠缠状况。

　　远间隔测风证实，该技能正在弱旌旗灯号丈量方面具备伟大的后劲。无需应用频次判别安装便可检测光学频次，这是一种全新的检测要领，联合了间接探测以及相关探测的长处。该雷达体系曾经完成了光纤集成以及紧凑化，将来有可能使用于持续遥感丈量超高速挪动软硬方针。

　　审稿人对该事情授与了高度评估，称颂“手稿先容了一项正在年夜气激光雷达技能范畴的重要进展”(the manuscript presents a significant advancement in the field of atmospheric lidar technology)、“出格重要的是，该要领绝对于传统技能晋升了靠近1个数目级的机能”(Specifically, they demonstrated that the efficiency is one order of magnitude higher than traditional detection methods)。

　　中国科年夜的王冲副研究员以及杨可欣博士是论文第一作者，薛向辉传授为论文通信作者。该事情获得了张强、陶岚以及申屠国樑同道，和国度重点研发规划、国度天然迷信基金等的撑持。