От квантового радара не спрятаться

У таких самолетов-постановщиков радиолокационных помех большое будущее, если верить скептицизму автора.

У таких самолетов-постановщиков радиолокационных помех большое будущее, если верить скептицизму автора.

Министерство Обороны

В широком смысле радар — это стандартный способ распознавания и идентификации приближающихся объектов. Самолеты и корабли обычно все равно передают сигнал, который их идентифицирует, но даже при отсутствии этого сигнала вы по-прежнему хотите быть уверены, что точно идентифицируете пролетающие самолеты, а не по обломкам, которые они оставляют после вас. иметь выстрелил их вниз.

Это также важно, поскольку приближающийся самолет может передать сигнатуру, которая заставит его выглядеть невинным, хотя на самом деле это не так. Эту форму сложных помех было бы очень трудно обнаружить с помощью стандартной радиолокационной системы. Когда вы добавляете магия квантовОднако жизнь глушилке внезапно становится намного труднее.

Преимущество радиолокационной системы визуализации заключается в том, что вы можете определить скорость, направление и форму объекта по различным аспектам сигнала. Доплеровский сдвиг сигнала радара дает вам скорость, время между отправкой импульса и получением рассеянного излучения на ваш детектор дает вам расстояние. Интенсивность сигнала от нескольких детекторов позволяет создать изображение. А повторные измерения покажут вам, куда движется объект, а также скорость.

Но поскольку радар является активным сигналом, можно рассчитать структуру сигналов, чтобы отправлять от цели, чтобы она казалась чем-то, чем она не является. Самолет, оснащенный соответствующими передатчиками, может подделать свою личность с помощью радара. Идеальным решением этой проблемы было бы, чтобы радарный передатчик помечал каждый фотон микроволновой энергии, чтобы он мог проверить, что обнаруженное им излучение исходит от его передатчика. И это именно то, что, как утверждает группа из Рочестерского университета, сделала (но на самом деле это не так).

Они отметили, что система распределения квантовых ключей предлагает способ проанализировать статистику обнаруженных фотонов и определить, пришли ли они из предполагаемого источника. Ключ к безопасности исходит из природы квантового измерения. При классическом измерении вы задаете такие вопросы, как «Какой длины этот стол?» и получить ответ. В квантовой механике измерения не работают таким образом. Вместо этого вы задаете вопрос: «Длина стола 1,60 м?» и ответ либо «да», либо «нет».
То же самое справедливо и для поляризации. Вы размещаете на пути света поляризационно-чувствительное зеркало. Зеркало отражает фотоны с горизонтальной поляризацией и пропускает фотоны с вертикальной поляризацией. Это измерение может сообщить только о том, что фотоны поляризованы вертикально или горизонтально, даже если они имеют совершенно другую поляризацию, например 45 °. И независимо от того, в какой ориентации находится фотон, детектор всегда даст горизонтальный или вертикальный ответ.

Теперь рассмотрим это с точки зрения человека, который хочет заглушить радиолокационную систему. Они хотят обнаружить входящие фотоны и передать новые, чтобы показывать неверную радиолокационную информацию. Но если они пытаются соответствовать поляризации, им придется выбирать какое измерение провести на входящих фотонах. И какой бы выбор они ни сделали, они всегда получат ответ, даже если он может быть совершенно неверным. Как следствие, их сигнал помех почти наверняка будет содержать достаточно фотонов с неправильной поляризацией, чтобы его можно было легко обнаружить.

Каждый фотон, передаваемый радаром, поляризован либо в вертикальном/горизонтальном направлении, либо в двух диагоналях (диагональной и антидиагональной). Выбор используемой ориентации рандомизирован для каждого фотона. У глушителя есть 50-процентный шанс выбрать правильную ориентацию поляризации. Если они сделают правильный выбор, фотон, который они отправят обратно, будет неотличим от фотона, отправленного радарной системой.

Теперь предположим, что глушитель выбирает диагональное измерение, когда отправитель посылает горизонтально поляризованные фотоны. Фотон будет обнаружен как диагональный, так и антидиагональный с 50-процентной вероятностью. Глушитель должным образом повторно передает ту поляризацию, которую ему указал детектор, с неверной информацией об изображении.

Тем временем детектор на радаре знает что фотон должен быть горизонтальным и настроен соответствующим образом. Глушитель отправил фотон, который на самом деле находится в одном из диагональных состояний. Опять же, даже несмотря на то, что фотон поляризован по диагонали, он будет обнаружен как вертикальный, так и горизонтальный. В половине случаев фотон оказывается вертикально ориентированным, что указывает на наличие помех.

В результате в 25 процентах случаев радар принимает фотон с неправильной поляризацией. (В половине случаев глушитель делает неправильный выбор, а в половине случаев фотон движется в неправильном направлении в детекторе приемника. время — в совокупности на них приходится 25 процентов.) Столь высокий уровень ошибок четко заметен по сравнению с визуализацией без глушилка.

И это работает, конечно. Исследователи показали, что они могут очень легко отличить застрявшие изображения от незастрявших изображений. А поляризация — идеальный выбор, поскольку она не используется для других аспектов радара, поэтому схема проверки не мешает радиолокационным измерениям.

Но мы, видимо, не готовы к помехоустойчивому радару. Команда сделала это с помощью лазеров, а не настоящей радиолокационной системы. Почему? Ну, они хотели доказательство принципа* демонстрация и они - группа оптики. Существует также ограничение: хотя вы знаете, что вас глушат, вы все равно получаете изображение, которое проецирует глушитель. Итак, вы до сих пор понятия не имеете, что и где находится, но, по крайней мере, знаете, что не стоит доверять своему радиолокационному изображению.

Я очень скептически отношусь к тому, что это когда-нибудь увидит свет за пределами лаборатории. Вам понадобится источник одиночных фотонов, и даже при использовании эффективных источников и детекторов одиночных фотонов возникнут проблемы. При отражении от трехмерного объекта поляризация фотона изменится. Более того, это изменение будет разным для каждого фотона, поскольку объект будет двигаться и менять ориентацию.

Конечно, возможно, что изменения настолько малы, что уровень ошибок не достигает порога в 25 процентов, но если эти изменения отражения увеличивают вероятность ошибок до 25 процентов, тогда реальный объект будет неотличим от спроецированного глушителем. объект.

Тем не менее, весь мир науки стремится доказать, что такие скряги, как я, ошибаются, и я с нетерпением жду, когда это произойдет снова.

*Доказательство принципа — это научный код, означающий: «Мы понятия не имеем, как это сделать в каком-либо полезном контексте, поэтому мы сделаем что-то бесполезное и притворимся, что все остальное легко».

Письма по прикладной физике, 2012, ДОИ: 10.1063/1.4770298 (О DOI).

Последнее сообщение в блоге

Новый пилотируемый подводный аппарат Triton нацелился на самую глубокую точку океана на глубине 36 000 футов
August 07, 2023

В последний раз океанский подводный аппарат доставил экипаж в бездну Челленджера, самую глубокую из известных точек Марианской впадины (около 36 00...

Как приготовить вегетарианские бургеры своими руками
September 05, 2023

Этот мясоед обязательно приготовит их снова. Почти каждый, кто когда-либо ел купленный в магазине замороженный вегетарианский бургер, разочаровыва...

Практическое знакомство с первой цифровой зеркальной/HD-видеокамерой
August 07, 2023

Мы можем получать доход от продуктов, доступных на этой странице, и участвовать в партнерских программах. Узнать больше >По иронии судьбы, перва...