החמקנים האמריקאים בסכנה? סין פיתחה מכ"מ קוואנטי

הסינים שיגרו החודש לווין קוואנטי שמהווה בסיס למכ"מ קוואנטי שיכול לזהות, תיאורטית, גם מטוסים חמקניים. לפי פרסומים בסין מדובר במכ"מ עם טווח גילוי של 100 ק"מ. בהיבט הישראלי, לא ידוע לנו על פיתוח טכנולוגיה כזו בארץ

Quantum Experiments at Space Scale (Image by NSSC) IsraelDefense

סין שיגרה החודש לחלל לווין קוואנטי תחת התכנית Quantum Experiments at Space Scale. הלווין נכנס למסלול בגובה 600 ק"מ. על בסיס לווין זה טוענים פרסומים סיניים כי סין מצליחה ליישם מכ"מ קוואנטי עם טווח גילוי של 100 ק"מ.

"לפי מכניקת הקוואנטים, כאשר שני פוטונים שזורים, כל השינויים שמתבצעים על אחד נעשים על האחר, לא משנה כמה רחוק הם אחד מהשני.אם אחד מתנגש במטוס אויב, השני סובל מאותן השפעות.", נכתב בהסבר באתר afcea.org.

לפי אותו הסבר, מכ"מ קוואנטי בנוי בצורה כזו שבצד אחד יש מקום לאחסון פוטונים אלקטרומגנטים, ובצד שני יש מקום לפוטונים אופטיים. ביניהם, באמצע, יש מתנד מכני רוטט אשר יכול להיות קרום מתכת או קריסטל פיזואלקטרי. המתנד יכול לשמש לשזירת פוטונים אלקטרומגנטיים ואופטיים ברמה הקוונטית. השזירה הזו מאפשרת להפוך פוטונים אופטיים לאלקטרומגנטיים. בצורה כזו הפוטונים משני הסוגים יכולים לחלוק את אותו מצב קוואנטי. זה מאפשר לייצר שזירה קוואנטית בין שתי אלומות מיקרוגל.

המכ"מ הקוואנטי שולח שתי אלומות. אחת לצורך סריקת המטרה [the probe], ואחת לגלאי לצורך בדיקת ההחזר [the idler]. בתוך כל אלומה כזו 'ממתינה' קרן לייזר אופטית (הפוטונים האופטיים). אם יש החזר ממטוס אויב, הוא מגיע לגלאי ונבחן מול אלומת הבדיקה. בגלל הפוטונים האופטיים ששזורים באלומת המיקרוגל, גם אם יש רעשי רקע מסביבת המטוס, יש מספיק קורלציות כדי להפריד את הפוטונים של הבדיקה מאלו של רעשי הרקע ולקבל החזר מדויק של המטוס..

"כאשר שתי אלומות שזורות מתערבבות בגלאי, האות מוגבר לעומת אלומות לא שזורות", נכתב באתר physics.aps.org.  זה מאפשר לקבל החזר גם ממטרות עם חתימת מכ"מ מאד קטנה.

אמנם במטוסים חמקניים האות האלקטרומגנטי מוקטן באמצעות גיאומטריה ושימוש בחומרים עם החזר קרינה נמוך וכן צובעים אותם בצבע מיוחד שמקטין את החתימה התרמית שלהם, אבל שום דבר מזה לא משפיע על יכולת המכ"מ הקוואנטי להפריד את תמונת המטוס מרעשי הרקע.

נקודה שנשארה פתוחה היא שיבוש מכ"מ כזה. נניח שמטוס אויב יודע לזהות אלומת סריקה שנשלחה אליו ממכ"מ קוואנטי, והוא שולח קרן לייזר כדי לנסות לשבש את ההחזר הקוואנטי של קרן הלייזר 'שממתינה' בתוך האלומה שנשלחה אליו. הרעיון כאן הוא להקשות על הגלאי של המכ"מ להפריד בין רעש הרקע לבין חתימה המטוס באמצעות שיבוש של השזירה הקוואנטית במקור. גם במקרה זה, הגלאי של המכ"מ עדיין יגלה את המטוס בשל תכונות השזירה הקוואנטית שלא מאפשרים שיבוש של המצב המקורי של פוזיציית הפוטונים, כך לפי אתר actforlibraries.org.

יחד עם זאת, עדיין יש כמה משוכות טכנולוגיות בדרך ליישום מסחרי של מכ"מים כאלו. אחת מהן היא יכולת ליישם 'זיכרון קוואנטי'. כלומר לפתח צורה שבה יהיה ניתן לשמור לפרקי זמן ארוכים יותר את מצב הפוטונים באלומת הבדיקה בגלאי. ככל שפרק זמן זה יגדל, כך יגדל טווח הגילוי של המכ"מ (הזמן שלוקח לאלומת הסריקה לחזור לגלאי גדל ככל שהמטרה רחוקה יותר).

בהקשר זה, פרסומים ברשת מדברים על ניסויים בארה"ב שהצליחו להגיע לטווח של 15-20 ק"מ עם מכ"מ קוואנטי. הסינים לעומת זאת טוענים כי המכ"מ על הלווין החדש הגיע לטווח של 100 ק"מ. לא ברור איך האקדמיה הסינית הגיעה ליכולות כאלו ואיך הם פתרו את הבעיה של הזיכרון הקוואנטי.  

משוכה נוספת קשורת ליכולת הקרור של מכלולי המכ"מ היות ומדובר בגילוי קרינה מאד חלשה, וכן בחלק מהרכיבים שאחראים על השזירה של אלומות המיקרוגל.

נזכיר כי מכ"מ קוואנטי אינו רעיון חדש. כבר ב-2007 רשמה לוקהיד מרטין פטנט על פתרון עתידי כזה באירופה וגם בארה"ב. לפי אותו פטנט, תיאורטית, מכ"מ כזה יכול לזהות גם מתקנים תת קרקעיים. ניסויים במעבדות התחילו אי שם ב-2013 באוניברסיטת יורק בארה"ב.

בהיבט הישראלי, לא ידוע לנו על פיתוח מכ"מ קוואנטי בתעשיות בארץ.