中国量子雷达研制成功 有哪些技术优势

上月，中国电科首部基于单光子检测的量子雷达系统在14所研制成功，达到国际先进水平。该量子雷达系统由中国电科14所智能感知技术重点实验室研制，在中国科学技术大学、中国电科27所以及南京大学等协作单位的共同努力下，经过不懈的努力，完成了量子探测机理、目标散射特性研究以及量子探测原理的实验验证，并且在外场完成真实大气环境下目标探测试验，获得百公里级探测威力，探测灵敏度极大提高，指标均达到预期效果，取得阶段性重大研究进展与成果。

国内科研团队相继在量子通信和量子计算上取得技术突破后，中国在量子雷达领域再下一城。那么，和经典雷达相比量子雷达又有何特殊之处呢？

量子雷达团队外场合影

量子雷达不是对经典雷达的颠覆

雷达最早在二战期间得到大规模应用，特别是在不列颠空战中，英国皇家空军依靠雷达的辅助对德国空军造成较大杀伤。当时的雷达单纯利用发射的电磁波信号，经过目标表面散射后，通过判断接收信号的能量，来识别、判断目标。不过，这种雷达的信息载体只能通过信号的绝对幅度或幅度的变化来体现，检测机理就是简单的能量检测，无法区分杂波和目标，分不清在空中飞舞的锡箔条和真正的战机，信息利用方式单一，因此，应用领域受到较大的限制。

随着技术的发展，雷达也不断发生变化，从单纯利用信号的强度信息，演化为综合利用电磁信号的频率和相位信息，即电磁场的二阶特性。通过发射电磁波二阶特性的应用，在调制方式上，出现了线性调频、相位编码和捷变频等复杂信号形式，这些信号形式有效解决了传统雷达时宽与带宽的矛盾，并提升雷达抗干扰、抗杂波的能力。在检测技术上，催生了动目标检测技术、空时自适应处理技术和脉冲多普勒体制，这些技术利用目标和杂波在多普勒域上的差异，实现杂波中运动目标的有效检测，提升雷达抗杂波能力。

量子雷达则是将量子信息技术引入经典雷达探测领域，解决经典雷达在探测、测量和成像等方面的技术瓶颈，提升雷达的综合性能。量子雷达属于一种新概念雷达，首要应用是实现目标有无的探测，在此基础上可以进一步扩展应用领域，包括量子成像雷达、量子测距雷达和量子导航雷达等，从本质上来说，量子雷达并没有脱离经典雷达探测的框架体系，只是在利用量子理论进行系统分析时，对雷达中一些概念和物理现象，如接收机噪声等，具有全新的、更准确的理解。在此基础上，量子雷达从信息调制载体和检测处理等方面入手，提升雷达的性能。总体而言，量子雷达是对经典雷达理论的更新和补充，而不是颠覆和取代。

量子雷达的分类

根据利用量子现象和光子发射机制的不同，量子雷达主要可以分为以下3个类别：

一是量子雷达发射非纠缠的量子态电磁波。发射机发射单光子脉冲探询目标可能存在的区域，如果目标存在，则信号光子将会以一定的概率返回至接收机处，通过对返回光子状态的测量可以提取出目标信息。

二是量子雷达发射纠缠的量子态电磁波。其探测过程为利用泵浦光子穿过（BBO）晶体，通过参量下转换产生大量纠缠光子对，各纠缠光子对之间的偏振态彼此正交，将纠缠的光子对分为探测光子和成像光子，成像光子保留在量子存储器中，探测光子由发射机发射经目标反射后，被量子雷达接收，根据探测光子和成像光子的纠缠关联可提高雷达的探测性能。与不采用纠缠的量子雷达相比，采用纠缠的量子雷达分辨率以二次方速率提高。

三是雷达发射经典态的电磁波。在接收机处使用量子增强检测技术以提升雷达系统的性能，目前，该技术在激光雷达技术中有着广泛的应用。中电14所实际上应用的是上述三种模式中的一种。

量子雷达

量子雷达的技术优势

目前，经典雷达存在一些缺点，一是发射功率大（几十千瓦），电磁泄漏大；二是反隐身能力相对较差；三是成像能力相对较弱；四是信号处理复杂，实时性弱。针对经典雷达存在的技术难点，量子信息技术均存在一定的技术优势，可以通过与经典雷达相结合，提升雷达的探测性能。

首先，量子信息技术中的信息载体为单个量子，信号的产生、调制和接收、检测的对象均为单个量子，因此整个接收系统具有极高的灵敏度，即量子接收系统的噪声基底极低，相比经典雷达的接收机，噪声基底能够降低若干个数量级。再忽略工作频段、杂波和动态范围等实现因素，则雷达作用距离可以大幅提升数倍甚至数十倍。从而大大提升雷达对于微弱目标，甚至隐身目标的探测能力。

其次，量子信息技术中的调制对象为量子态，相比较经典雷达的信息调制对象，量子态可以表征量子"涨落变化"等微观信息，具有比经典时、频、极化等更加高