Le radar quantique est une technique de télédétection en développement basée sur des effets de mécanique quantique, tels que le principe d'incertitude ou l'intrication quantique. De manière générale, un radar quantique peut être vu comme un appareil fonctionnant dans le domaine des hyperfréquences qui exploite les caractéristiques quantiques du faisceau et/ou de la détection des échos pour surpasser son homologue classique. Il s'agit de noter l'état quantique du faisceau émis et le comparer avec celui des échos retournés par interférométrie au niveau du récepteur (fortement liée au protocole d'illumination quantique). Ouvrir la voie à un prototype technologiquement viable d'un radar quantique implique la résolution d'un certain nombre de défis expérimentaux.

Principe vignette|gauche|upright=0.75|Vue d'artiste d'un système de génération de deux photons intriqués. Le principe général du radar est l'émission d'ondes de longueur d'onde allant du millimètre au mètre et l'écoute des ondes réfléchies pour la détection d'un objet dans le volume sondé. L'écho doit être suffisamment intense pour être détectable par rapport au bruit de fond et aux échos parasites. Il existe divers systèmes électroniques pour extraire ce signal dans le récepteur et le signal initial peut être codé pour mieux le reconnaître. Le radar quantique est une solution pour les échos qui sont sous le seuil détectable par les radars conventionnels.

Un concept de radar quantique a été proposé en 2015 par une équipe internationale, basé sur le protocole d'illumination quantique gaussienne... Il s'agit de créer un flux de photons dans la gamme visible et de le diviser en deux. Le premier flux, le « faisceau », passe par une conversion en fréquences micro-ondes d'une manière qui préserve l'état quantique d'origine. Il est ensuite envoyé et reçu comme dans un système radar normal. Lorsque le signal réfléchi est reçu, il est reconverti en photons visibles et comparé à l'autre moitié du faisceau d'origine, le « faisceau témoin »..

Bien que la plus grande part de l'intrication quantique d'origine soit perdue, en raison de la décohérence quantique lorsque les micro-ondes se déplacent vers les cibles et en reviennent, il restera encore suffisamment de corrélations quantiques entre le signal réfléchi et le faisceau témoin. En utilisant un schéma de détection quantique approprié, le système peut sélectionner uniquement les photons qui ont été initialement envoyés par le radar, filtrant complètement toutes les autres sources. Un radar quantique est cependant difficile à réaliser avec les techniques actuelles, même si un prototype expérimental préliminaire a été réalisé..

Histoire Un concept a été proposé en 2005 par l'entreprise du secteur de la défense Lockheed Martin dont le brevet fut accordé en 2013... Le but était de créer un système radar fournissant une meilleure résolution et des détails plus élevés qu'un radar classique pourrait fournir.. Cependant, aucun avantage quantique ou meilleure résolution n'a été théoriquement prouvé par cette conception.

En 2015, une équipe internationale de chercheurs a dévoilé la première conception théorique d'un radar quantique capable d'obtenir un avantage par rapport à une configuration classique en étant mieux à même de détecter une cible à faible réflectivité imbriquée dans le fouillis radar.

En 2019, un protocole d'amélioration tridimensionnelle de radar quantique a été proposé.. Il pourrait être compris comme un protocole de métrologie quantique pour la localisation d'une cible ponctuelle non coopérative dans un espace tridimensionnel. Il utilise l'intrication quantique pour obtenir une incertitude de localisation quadratiquement plus petite pour chaque direction spatiale que ce qui pourrait être obtenu en utilisant des photons indépendants et non enchevêtrés.

Usage Le radar quantique serait insensible au brouillage électronique qui permet de tromper les systèmes actuels en diffusant des signaux de mêmes fréquences, empêchant le récepteur de distinguer ses propres émissions du signal de brouillage ; ces systèmes ne peuvent pas savoir, même en théorie, quel était l'état quantique d'origine du signal interne du radar. En l'absence de telles informations, leurs diffusions ne correspondront pas au signal d'origine et seront filtrées dans le corrélateur. Les sources environnementales, comme le fouillis dû au échos de sol et les anges radar, seront également filtrées.

Les matériels quantiques sont encore limités à des portées très courtes, de l'ordre du mètre, suggérant plutôt des applications de balayage biomédical ou de surveillance proche.... Des projets sont en développement, dont : dans le Grand Nord canadien où les radars conventionnels subissent un fort bruit de fond des tempêtes géomagnétiques et des éruptions solaires.. La technique développée par l’Université de Waterloo (financement de 2,7 milliards de dollars) permettrait potentiellement aux opérateurs radar d’éliminer le bruit de fond important et d’isoler des objets, y compris des avions furtifs ; les autorités chinoises ont indiqué que le Nanjing Research Institute of Electronics Technology (en) avait mis au point un démonstrateur de radar quantique d'une portée de cent kilomètres (sans confirmation indépendante). ; En mars 2026 la Marine indienne annonce le lancement du projet Sovereign Quantum Radar. Le gouvernement ouvre un financement pouvant atteindre 2,2 millions d'euros pour une entreprise qui se lancerait dans le développement d'un radar quantique capable de fonctionner en mer dans des conditions difficiles, avec fortes pluies, brouillard épais et embruns (la plupart des avancées internationales connues en matière de détection quantique ont été menées dans des environnements contrôlés). Le radar devra s’intégrer aux systèmes de combat.

Domaines proches La course à la furtivité concerne aussi les sous-marins (ex : le bruit des sous-marin d'attaque de classes Virginia ou Seawolf ne dépasse que de cinq décibels le bruit de fond océanique moyen, et des sous-marins suédois (« à propulsion indépendante de l'air »), moins chers, ont aussi réussi à passer inaperçus de porte-avions américains lors d'exercices).

En Australie où selon un article de Defence Procurement International (14 avril 2019), et selon le professeur Andre Luiten (Institut de photonique et de détection avancée), des détecteurs fixes à base de magnétomètre quantique pourraient détecter tous les sous-marins en approche. Mais au vu des données disponibles, un détecteur unique ne couvre que quelques centaines de mètres.

Le 21 juin 2017, un journal chinois a annoncé qu'à l'Institut des microsystèmes et des technologies de l'information de Shanghai, un chercheur (Pr Xiamong Xie) a réussi à construire un SQUID réduisant le bruit et qui se serait montré capable, à partir d'un hélicoptère, de détecter des objets ferreux profondément enfouis. Un tel magnétomètre pourrait détecter un sous-marin à 6 kilomètres de distance, et selon David Caplin (Imperial College) en améliorant la suppression du bruit, la portée pourrait être encore bien plus grande.

Les contre-mesures progressent aussi, grâce à des sonars basse fréquence ultrasensibles, des capteurs optiques satellitaires avancés, associés à une intelligence artificielle brassant de grandes quantités de données pour isoler les bruits pertinents du bruit de fond. La Chine travaillerait aussi sur un satellite laser capable de détecter des engins immergés jusqu'à de profondeur et divers types de « radar quantique » ; les capteurs et communicateurs quantiques, encore très limités en cohérence et portée, pourraient peut être bientôt apparaitre et être insensibles aux « profils furtifs » d'engins.

Références

Voir aussi Articles connexes Boussole quantique

Bibliographie

Quantique Catégorie:Optique quantique Catégorie:Application de la mécanique quantique