Design of a quantum radar system with sustainable entanglement
Sürdürülebilir dolanıklıkla kuantum radar sistemi tasarımı
- Tez No: 693626
- Danışmanlar: DOÇ. DR. DİNÇER GÖKCEN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 126
Özet
Bu çalışma, parçacıklar arasındaki kuantum dolanıklığı korumak amacıyla tam kuantum teorisini kullanarak, elektro-opto-mekanik veya optoelektronik dönüştürücü türleriyle çalışan kuantum radarlarda parçacıklar arasındaki dolanıklılık halinin sürdürülebilirliğine odaklanmaktadır. Kuantum radar, klasik bir radarla aynı şekilde mikrodalga fotonları kullanan bir kuantum uzaklık algılama sistemi olarak tanımlanmaktadır. Bu tezde tasarlanan kuantum radar, kuantum aydınlatma protokolü kurallarına uymaktadır. Buna göre, tasarlanan cihaz, algılamayı iyileştirmek ve tanımlamayı güçlü bir şekilde gerçekleştirmek amacıyla dolanık mikrodalga fotonlar kullanır. Kuantum mekaniği açısından bakıldığında, fotonlar gibi iki kuantum parçacığı birbiriyle etkileşmek üzere üretildiğinden ve özellikleri klasik olmayan bir şekilde birbirine bağlı olduğundan dolanıklık oluşmaktadır. Kuantum olanıklık halindeki parçacıklar arasında paylaşılan özellikler, aralarındaki mesafeden tamamen bağımsızdır. Ne yazık ki, parçacıklar arasındaki dolanma davranışı istikrarsızdır ve bu doğrultuda, parçacıklar arasındaki dolanma halini üretmek ve uzun süre korumak çalışmadaki en önemli amaçlardan biridir. Ek olarak, gürültü, hızlı bir bozulmaya neden olarak dolaşık durumdaki yapıları kolayca etkileyebilmektedir. Bahsedilen önemli hususların bilgisiyle, bu çalışma I. bölümde yer verildiği üzere kuantum radar operasyonlarının her aşamasında dolanıklılık durumlarını korumayı amaçlamaktadır. II. bölümde mikrodalga ve optik fotonlar arasındaki dolanıklığı oluşturmak için tipik bir dönüştürücü kullanılmıştır. Gerekli olan durumlarda dolaşan mikrodalga fotonların yoğunlaştırılması III. bölümde anlatılmıştır. Son olarak atmosfere yoğunlaştırılmış foton yayılımı (zayıflatma ortamı) ele alınarak, hedeften foton saçılması olayı IV. bölümde gerçekleşmektedir. Her aşamada, ortam parametreleri dolaşık durumları kritik bir şekilde ortadan kaldırabilir. Bu doktora tezinde, dolaşık fotonları oluşturmak için temel bir yapı olarak iki farklı dönüştürücüye (elektro-opto-mekanik ve optoelektronik dönüştürücüler) sahip bir kuantum radar sisteminin dolanıklık davranışı özellikle vurgulanmaktadır. Bahsedilen dönüştürücüler, sırasıyla L-bandında (1.5 GHz'de mikrodalga boşluğu rezonansı) ve S-bandında (2.7 GHz'de mikrodalga boşluğu rezonansı) çalışacak şekilde tasarlanmış ve böylece, tutulan fotonlar ile geri dönen fotonlar arasındaki dolanıklığı tezin ana görevi olarak analiz edilmiştir. Kuantum radar sisteminin tasarım aşamaları şu şekildedir: I. Dönüştürücünün mikrodalga ve optik fotonlar arasında dolanıklık oluşturacak şekilde tasarımı; Bu tezde, özellikle yüksek kalitede bir kuantum radar sistemi tasarlayabilmek amacıyla sürdürülebilir dolaşık fotonlar oluşturarak uygun dönüştürücü tasarlamaya yoğunlaşılmıştır. Bu adımda, dönüştürücülerin kritik parametreleri arasındaki denge belirlenecektir. II. Dolanık fotonları yükseltmek için yoğunlaştırıcı ortamın (klasik anlamda yükseltici) tasarımı; Bu aşama, geniş menzil tespiti vurgulandığından, klasik radarda birincil rol oynamaktadır. III. Yayılma kanalının kayıplı bir ortam olarak modellenmesi ve dolanık modlar üzerindeki katkıda bulunan etkilerin incelenmesi. IV. Hedeften yansıyan dolanık fotonların modellenmesi ve hedef parametrelerinin dolanıklık davranışları üzerindeki etkisi. V. Kuantum yaklaşımı ile RCS'nin hesaplanması; bu adımda,“dipol yaklaşım yönteminin”RCS'yi analiz etmek için doğru ve eksiksiz bir yöntem olmadığı gösterilmiştir.
Özet (Çeviri)
This study mainly focuses on the sustainability of the entanglement in quantum radar working with different types of converters, either electro-opto-mechanical or optoelectronic converters, using full quantum theory at which the priority is to preserve the entanglement. The quantum radar is introduced as a quantum standoff detection system applying microwave photons the same as a classical radar. Quantum radar designed in this dissertation obeys the quantum illumination protocol. Accordingly, the device uses microwave entangled photons to improve detection and enhance identification strongly. From the quantum mechanical point of view, entanglement arises since two quantum particles, such as photons, are produced to interact with each other, and their properties are non-classically connected to each other. The shared properties between the entangled particles are independent of their inter-distance. Unfortunately, the entanglement behavior is so unstable, and more importantly, it is a crucial task to produce and preserve that for a long time. Additionally, the noise can easily affect the entangled states to cause a fast decaying. With knowledge of the crucial points mentioned, this study aimed to preserve the entangled states at each stage of the quantum radar operations, including I. Using a typical converter to create the entanglement between microwave and optical photons, II. Intensifying the entangled microwave photons (if it is necessary), III. Intensified photons propagation to the atmosphere (attenuation medium), IV. Photon scattering from the target. At each stage, the medium parameters can critically kill the entangled states. This Ph.D. dissertation specifically emphasizes the entanglement behavior of a quantum radar system with two different converters (electro-opto-mechanical and optoelectronics converters) as a basic substrate to generate the entangled photons. The converters mentioned will be designed to operate at L-band (microwave cavity resonate at 1.5 GHz) and S-band (microwave cavity resonate at 2.7 GHz), respectively. Thus, we will try to analyze the entanglement between retained photons with the returned photons as the main task of the thesis. The steps of the design of the quantum radar system are as follows: I. Design of the converter to generate entanglement between microwave and optical photons; in this dissertation, we specifically focus on designing the suitable converter to generate sustainable entangled photons to introduce a quantum radar system with high quality. In this step, the trade-off between critical quantities of the converters will be determined. II. Design of the intensifying medium (amplifier in the classic sense) to amplify the entangled photons; This stage plays a primary role in the classical radar since the large range detection is emphasized. III. Modeling the propagation channel as a lossy medium and study the contributed effects on the entangled modes IV. Modeling the entangled photons reflected from the target and target's parameters effect on their entanglement behavior V. Calculation of the RCS via the quantum approach; in this step, we show that the“dipole approximation method”is not a complete method to analyze the RCS.
Benzer Tezler
- Ferrit tabanlı nanokompozit malzemelerde mikrodalga soğurma özelliklerinin araştırılması
Investigation of microwave absorption properties of ferrite based nanocomposites
MEHMET BURAK KAYNAR
Doktora
Türkçe
2014
Fizik ve Fizik MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞADAN ÖZCAN
- Bor içeren donör-akseptör (D-A) organik materyallerin sentezi ve özelliklerinin incelenmesi
Syntheses of boron containing donor-acceptor (D-A) organic materials and investigation of their properties
ONUR ŞAHİN
- Design of donor-acceptor conjugated polymers for high-performance organic solar cells: a quantum mechanical approach
Yüksek performanslı organik güneş pilleri için konjuge polimerlerin tasarımının kuantum mekaniği ile incelenmesi
DENİZ ERSOY
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
KimyaBoğaziçi ÜniversitesiHesaplamalı Bilimler ve Mühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET LEVENT KURNAZ
PROF. DR. VİKTORYA AVİYENTE
- İki boyutlu fotonik kristaller için tensör green fonksiyonu ile fotonik bant boşluğu hesapları
Photonic bandgap calculations by the dyadic green?s function for two dimensional photonic crystals
NURGÜL AKINCI
Doktora
Türkçe
2010
Fizik ve Fizik MühendisliğiZonguldak Karaelmas ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YÜKSEL AYAZ
- Applications of quantum metrology and thermodynamics in emerging quantum technologies
Kuantum teknolojilerinde kuantum metroloji ve termodinamiğin uygulamaları
ALI PEDRAM
Doktora
İngilizce
2024
Fizik ve Fizik MühendisliğiKoç ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZGÜR ESAT MÜSTECAPLIOĞLU