Quantum Radars and Optical Target Detection
No Thumbnail Available
Files
Aalto login required (access for Aalto Staff only).
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Perustieteiden korkeakoulu |
Bachelor's thesis
Electronic archive copy is available locally at the Harald Herlin Learning Centre. The staff of Aalto University has access to the electronic bachelor's theses by logging into Aaltodoc with their personal Aalto user ID. Read more about the availability of the bachelor's theses.
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Author
Date
2024-04-26
Department
Major/Subject
Quantum Technology
Mcode
SCI3103
Degree programme
Aalto Bachelor’s Programme in Science and Technology
Language
en
Pages
22+4
Series
Abstract
Radars are a vital part of national defense and they need continuous advancements to be able to detect varying range of targets from drones to targets using stealth technology. Quantum radars have been proposed to provide higher precision in the detection of a target compared to their classical counterparts. The advancement of the quantum radar protocols lie mostly in the utilization of entanglement. Until now, there exist only scarce attempts for a systematic review of performance of quantum radars in the radar industry. Therefore, this thesis provides a systematic comparison of relevant quantum radar protocols utilizing entangled photons, where signal is in entangled state, either alone or shared with the receiver. It also covers the classification according to the literature based on the operating principles of quantum radars. An analytical method of analyzing and estimating the ultimate performance of the quantum radars is introduced. It is used to show the lack of advantage of quantum radars compared to classical radars in the case where the number of photons in the idler retained at the radar is much higher compared to the number of photons in the signal that is sent to explore the target. A range calculation with equal constants regarding the environment and the target is conducted and quantum radar protocols are compared with a classical benchmark to provide a clear way to compare the performance of the radar protocols. The range comparison shows how all the chosen quantum radar protocols fail to live up to the classical benchmark without even taking in account the other limiting factors of quantum radars, such as the current state of electronics.Tutkat ovat elintärkeä osa maanpuolustusta ja vaativat jatkuvaa kehittämistä, jotta ne voivat havaita erilaisia maaleja droneista häiveteknolgiaa käyttäviin ilma-aluksiin. Kvanttitutkien on esitetty tarjoavan korkeampaa tarkuutta maalien havaitsemisessa kuin klassisten tutkien. Kvanttitukien parannukset ovat pääosin seurausta lomittumisen hyödyntämisestä. Tällä hetkellä kvanttitutkien systemaattisesta vertailusta on olemassa vain harvoja yrityksiä. Tämä kandidaatintyö esittää systemaattisen vertailun relevanteista kvanttitutka-protokollista, jotka hyödyntävät lomittuneita fotoneita. Vertailuun valitut kvanttitutka-protokollille käyttävät lomittumista hyödykseen signaalissa, joka lähetetään havaitsemaan maalia. Signaali on lomittunut joko itsensä tai tutkan vastaanottimen kanssa. Kvanttitutkia vertaillaan toteuttamalla tutkien mittaetäisyyksien laskenta, jossa ympäristöön ja maaliin liittyvät ovat vakiot kaikille kvanttitutka-protokollille. Tällä tavoin saadaan tapa mitata kvanttitutkien suorituskykä tasavertaisesti. Lisäksi kvanttitutkia vertaillaan klassiseen mittapuuhun, jotta voidaan määrittää kvanttitukien objektiivinen etu verrattuna klassisiin tutkiin. Mittaetäisyyksien vertailu osoitti, että valitut kvanttitutkat epäonnistuvat klassisen mittapuun saavuttamisessa vaikka huomioon ei oteta muita kvanttitukiaen mittaetäisyyttä rajoittavia tekijöitä, kuten elektronisten komponenttien tämän hetkinen tila. Tämän kandidaatintyön perusteella kvanttitutkat eivät ole todennäköinen vaihtoehto tutkajärjestelmien kehittämiseen lähitulevaisuudessa.Description
Supervisor
Raasakka, MattiThesis advisor
Kornienko, VladimirKeywords
quantum radar, target detection
