Quantenradar

Ein Quantenradar (engl.: ”Quantum Radar“) nutzt die physikalischen Besonderheiten der Quantenverschränkung bei der Ortung von Punktzielen in einem dreidimensionalen Raum.

Grundlage des Verständnisses bildet der Welle-Teilchen-Dualismus in der Physik. Nach den Erkenntnissen der Quantenphysik müssen den Objekten der Quantenphysik gleichermaßen die Eigenschaften von klassischen Wellen wie die von klassischen Teilchen zugeschrieben werden. Eine klassische Welle würde sich im Raum gemäß der Freiraumdämpfung großflächig ausbreiten. Ein klassisches Teilchen kann aber nicht gleichzeitig an einem und einem anderen Ort sein. Beide Eigenschaften scheinen sich also gegenseitig auszuschließen. In der Quantenmechanik werden Teilchen durch Wellenfunktionen beschrieben, womit sich dieser Widerspruch auflöst.

Die Quantenverschränkung ist ein Phänomen der Quantenphysik, bei dem zum Beispiel ein Photonenpaar verbunden ist und beide Photonen gleiche Eigenschaften aufweisen. Selbst wenn die Photonen über eine große Entfernung getrennt werden, wirken sich Aktionen, die an einem Photon durchgeführt werden, weiterhin auf das andere aus. Sollte jetzt eines dieser Photonen aus dem Paar unabhängig von dem anderen beeinflusst werden, zum Beispiel durch eine Reflexion, bleiben sie zwar weiterhin verbunden, haben aber durch diesen Vorfall (engl.: “decoherence” genannt) gegenüber den anderen Photonenpaaren ein Alleinstellungsmerkmal, anhand dessen diese Reflexion dokumentiert werden kann.

Auf diese Weise könnten auch extrem schwache Reflexionen (wie zum Beispiel von Stealth-Flugzeugen) aus dem Umgebungsrauschen erkannt werden.
Soweit zur Theorie.

Technisch müssen also solche Photonenpaare im Bereich des sichtbaren oder infraroten Lichtes erzeugt und getrennt werden. Das ist noch problemlos möglich, indem ein Laser kohärentes Licht erzeugt (hier also mit gleicher Polarisation). Die Photonen werden mit Hilfe eines Beryllium-Flüssigkristalls in je zwei quantenverschränkte Photonen getrennt. Von diesen getrennten Photonen wird eines zur Erzeugung eines Sendesignals genutzt, das andere verbleibt „zu hause”. Es wären in einem Quantenradar also folgende Probleme zu lösen:

„Speicherung“ eines Photons (oder seines Zustandes);
kohärente Umsetzung der im Bereich des Lichtes liegenden Frequenz in eine tiefere (Mikrowellen-) Frequenz, die in einem Radar ausgesendet werden kann;
ein Empfänger, der diese “decoherence” erkennt.

Im Labor soll das bereits funktionieren. Leider gibt es praktisch noch keine nachprüfbaren technischen Realisierungen oder Feldversuche. Es gibt nur viele Veröffentlichungen darüber, dass eine Erprobung (durch wen auch immer) stattgefunden haben soll, die dann durch unbeteiligte Dritte phantasievoll beschrieben wird.