Design of a Quantum Radar System with Sustainable Entanglement
AHMAD SALMANOGHLI KHIAVI · 2021
Bu calisma, parcaciklar arasindaki kuantum dolanikligi korumak amaciyla tam kuantum teorisini kullanarak, elektro-opto-mekanik veya optoelektronik donusturucu turleriyle calisan kuantum radarlarda parcaciklar arasindaki dolaniklilik halinin surdurulebilirligine odaklanmaktadir. Kuantum radar, klasik bir radarla ayni sekilde mikrodalga fotonlari kullanan bir kuantum uzaklik algilama sistemi olarak tanimlanmaktadir. Bu tezde tasarlanan kuantum radar, kuantum aydinlatma protokolu kurallarina uymaktadir. Buna gore, tasarlanan cihaz, algilamayi iyilestirmek ve tanimlamayi guclu bir sekilde gerceklestirmek amaciyla dolanik mikrodalga fotonlar kullanir. Kuantum mekanigi acisindan bakildiginda, fotonlar gibi iki kuantum parcacigi birbiriyle etkilesmek uzere uretildiginden ve ozellikleri klasik olmayan bir sekilde birbirine bagli oldugundan dolaniklik olusmaktadir. Kuantum olaniklik halindeki parcaciklar arasinda paylasilan ozellikler, aralarindaki mesafeden tamamen bagimsizdir. Ne yazik ki, parcaciklar arasindaki dolanma davranisi istikrarsizdir ve bu dogrultuda, parcaciklar arasindaki dolanma halini uretmek ve uzun sure korumak calismadaki en onemli amaclardan biridir. Ek olarak, gurultu, hizli bir bozulmaya neden olarak dolasik durumdaki yapilari kolayca etkileyebilmektedir. Bahsedilen onemli hususlarin bilgisiyle, bu calisma I. bolumde yer verildigi uzere kuantum radar operasyonlarinin her asamasinda dolaniklilik durumlarini korumayi amaclamaktadir. II. bolumde mikrodalga ve optik fotonlar arasindaki dolanikligi olusturmak icin tipik bir donusturucu kullanilmistir. Gerekli olan durumlarda dolasan mikrodalga fotonlarin yogunlastirilmasi III. bolumde anlatilmistir. Son olarak atmosfere yogunlastirilmis foton yayilimi (zayiflatma ortami) ele alinarak, hedeften foton sacilmasi olayi IV. bolumde gerceklesmektedir. Her asamada, ortam parametreleri dolasik durumlari kritik bir sekilde ortadan kaldirabilir. Bu doktora tezinde, dolasik fotonlari olusturmak icin temel bir yapi olarak iki farkli donusturucuye (elektro-opto-mekanik ve optoelektronik donusturuculer) sahip bir kuantum radar sisteminin dolaniklik davranisi ozellikle vurgulanmaktadir. Bahsedilen donusturuculer, sirasiyla L-bandinda (1.5 GHz'de mikrodalga boslugu rezonansi) ve S-bandinda (2.7 GHz'de mikrodalga boslugu rezonansi) calisacak sekilde tasarlanmis ve boylece, tutulan fotonlar ile geri donen fotonlar arasindaki dolanikligi tezin ana gorevi olarak analiz edilmistir. Kuantum radar sisteminin tasarim asamalari su sekildedir: I. Donusturucunun mikrodalga ve optik fotonlar arasinda dolaniklik olusturacak sekilde tasarimi; Bu tezde, ozellikle yuksek kalitede bir kuantum radar sistemi tasarlayabilmek amaciyla surdurulebilir dolasik fotonlar olusturarak uygun donusturucu tasarlamaya yogunlasilmistir. Bu adimda, donusturuculerin kritik parametreleri arasindaki denge belirlenecektir. II. Dolanik fotonlari yukseltmek icin yogunlastirici ortamin (klasik anlamda yukseltici) tasarimi; Bu asama, genis menzil tespiti vurgulandigindan, klasik radarda birincil rol oynamaktadir. III. Yayilma kanalinin kayipli bir ortam olarak modellenmesi ve dolanik modlar uzerindeki katkida bulunan etkilerin incelenmesi. IV. Hedeften yansiyan dolanik fotonlarin modellenmesi ve hedef parametrelerinin dolaniklik davranislari uzerindeki etkisi. V. Kuantum yaklasimi ile RCS'nin hesaplanmasi; bu adimda, dipol yaklasim yonteminin RCS'yi analiz etmek icin dogru ve eksiksiz bir yontem olmadigi gosterilmistir.