China apuesta por el radar cuántico para anular la ventaja furtiva del F-22 y F-35.

Según el South China Morning Post (SCMP) del 20 de octubre, China ha iniciado la producción en masa de su «capturador de fotones», un detector monofotónico de cuatro canales diseñado para aplicaciones de radar cuántico. El dispositivo, desarrollado por el Centro de Investigación de Tecnología de Ingeniería de Información Cuántica de Anhui, puede detectar fotones individuales con un ruido extremadamente bajo, una capacidad que podría permitir a los futuros sistemas de radar rastrear incluso los ecos más pequeños de aviones furtivos como el F-22 Raptor y el F-35 Lightning II estadounidenses.

De confirmarse, este detector de fotones se convertirá en el componente clave del esfuerzo más amplio de China por contrarrestar las ventajas de EE. UU. en el combate aéreo mediante tecnología avanzada de detección y procesamiento de señales.

Según el SCMP, China afirmó haber iniciado la producción en masa de un detector monofotónico de cuatro canales y ruido ultrabajo, conocido como captador de fotones. El dispositivo puede detectar fotones individuales, las unidades más pequeñas de energía luminosa, y se describe como un componente clave para los sistemas de radar cuántico diseñados para rastrear aeronaves furtivas como el F-22 Raptor.

El anuncio, publicado por el Science and Technology Daily, indica que China ha alcanzado la autosuficiencia en la producción de componentes esenciales para la detección cuántica. Como se explica a continuación, la sensibilidad y el bajo nivel de ruido del captador de fotones le permiten identificar las señales reflejadas más débiles en entornos congestionados, lo que ofrece ventajas potenciales en la detección de objetivos poco observables.

Gracias a su arquitectura de cuatro canales, puede procesar simultáneamente varios flujos de datos, lo que mejora la precisión y reduce las tasas de error.

Un radar cuántico se diferencia del radar convencional en cómo detecta y procesa los reflejos de un objetivo.

En el radar tradicional, las ondas electromagnéticas se transmiten, son reflejadas por los objetos y luego analizadas según la intensidad, la sincronización y el desplazamiento de frecuencia del eco para determinar el alcance y la velocidad. Un radar cuántico, en cambio, transmite un fotón de un par de fotones entrelazados, mientras que el otro se conserva como referencia.

Dado que estos dos fotones comparten una relación cuántica única, el radar puede comprobar posteriormente si el fotón devuelto coincide con su gemelo almacenado, confirmando así que el reflejo proviene de un objeto real. Esta prueba de correlación permite al radar distinguir los retornos genuinos del ruido de fondo, incluso cuando la señal es extremadamente débil. A diferencia del radar clásico, que puede ser cegado por interferencias, el radar cuántico, en teoría, resiste la suplantación de identidad, ya que ningún adversario puede replicar el estado cuántico exacto del fotón inactivo.

Para los usuarios militares, esto podría hacer que el radar cuántico sea valioso en entornos de guerra electrónica.

El primer componente principal de un radar cuántico es la fuente de fotones entrelazados, que genera pares de fotones enlazados a frecuencias precisas. En la mayoría de los diseños, esto se logra mediante circuitos superconductores o semiconductores, como los amplificadores paramétricos Josephson, o cristales ópticos no lineales que producen fotones entrelazados mediante conversión descendente paramétrica espontánea.

Estos fotones emparejados se dividen en dos trayectorias: el haz de señal, transmitido hacia el objetivo, y el haz inactivo, almacenado en el radar para su comparación.

Debido a la fragilidad de los estados cuánticos, generar y mantener estas correlaciones requiere un ruido extremadamente bajo y una sincronización precisa. El radar también utiliza un conjunto de antenas o un transductor de microondas para transmitir los fotones de señal y capturar los débiles fotones de retorno. Las pérdidas en la transmisión y la reflexión pueden degradar rápidamente el entrelazamiento, lo que hace que la estabilidad y la pureza de la fuente sean cruciales para su rendimiento.

Por ello, el captador de fotones chino busca operar con niveles de ruido muy bajos, manteniendo un amplio rango de temperaturas.

El segundo grupo de componentes esenciales incluye el receptor cuántico y la electrónica de detección. El receptor combina el fotón de señal de retorno con el inactivo almacenado para realizar una medición conjunta que verifica la correlación, proceso fundamental que permite la ventaja cuántica del radar. Esto requiere detectores monofotónicos de alta sensibilidad, capaces de distinguir un fotón de miles de millones de fotones de fondo.

El nuevo detector chino de cuatro canales cumple esta función al permitir la detección simultánea de múltiples trayectorias o longitudes de onda de fotones, lo que mejora tanto el alcance como la precisión. Su eficiencia de detección, que se estima en torno al 90 %, garantiza que se cuente prácticamente cada fotón que incide en el detector, lo que reduce la pérdida de datos. El amplio rango de temperatura de funcionamiento del dispositivo, de –50 a –120 °C, le permite funcionar en diversos entornos sin refrigeración criogénica.

Esto lo hace más práctico que los detectores superconductores que requieren un funcionamiento cercano al cero absoluto. Su arquitectura de semiconductores también lo hace más pequeño, ligero y adaptable a sistemas de radar aéreos o móviles.

Las debilidades del radar cuántico son consecuencia directa de su naturaleza cuántica. Las correlaciones cuánticas se ven fácilmente alteradas por el calor, la vibración y la interferencia electromagnética, lo que provoca la degradación de la señal y la pérdida de precisión. El alcance efectivo del radar sigue siendo limitado porque las pérdidas de trayectoria reducen la cantidad de fotones que regresan y preservan sus propiedades entrelazadas. Construir memorias cuánticas que puedan almacenar fotones inactivos durante el tiempo requerido por las operaciones a larga distancia es técnicamente desafiante.

Además, la infraestructura del radar es compleja y costosa, e implica refrigeración criogénica, sincronización precisa y electrónica sensible. El procesamiento de datos de correlación a velocidades en tiempo real para redes a gran escala también es difícil. Estas limitaciones hacen que el radar cuántico sea menos práctico para su implementación inmediata y más adecuado para instalaciones de prueba. Ingenieros de todo el mundo están trabajando para superar estos problemas mediante avances en materiales, integración fotónica y arquitecturas híbridas cuántico-clásicas. Hasta entonces, la utilidad operativa de la tecnología sigue siendo teórica.

Si los ingenieros finalmente resuelven estos desafíos, las consecuencias para las aeronaves furtivas serían significativas. El radar cuántico podría reducir drásticamente la efectividad de los diseños de baja observabilidad que dependen de la redirección o absorción de las ondas de radar. Esto obligaría a los desarrolladores de aeronaves a invertir más en guerra electrónica, señuelos o estrategias de defensa basadas en la velocidad en lugar de solo en el diseño de sigilo.

La integración del radar cuántico en las redes de sensores podría brindar a los países una imagen continua de su espacio aéreo, combinando datos de estaciones terrestres, satélites y plataformas aéreas. Los sistemas cuánticos también podrían conectarse a través de enlaces cifrados cuánticamente, compartiendo información de forma segura y en tiempo real. A largo plazo, la combinación del radar cuántico con los emergentes sistemas de guerra electrónica impulsados ​​por 6G podría permitir una precisión sin precedentes en la detección y el seguimiento.

De lograrse, esto cambiaría el equilibrio de la guerra aérea moderna de la invisibilidad al dominio de la información, donde la correlación de datos y la velocidad de análisis importan más que la sección transversal del radar.

Jérôme Brahy