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        量子技術
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        量子雷達
        發表時間:2018-12-10

        現代戰爭中,最不可或缺的就是空中力量。

        近幾年來,所有國家都開始追求擁有五代機戰斗力,以便在未來戰爭中求得一片生存之地。

        目前看來,美國的F-35將是未來天空中出鏡頻率最高的一款五代機,目前接到的國內外訂單已經超過2000架。

        幾乎所有的美國盟友都將其視為主要戰斗力。

        隱形戰機的問世雖然一定讓傳統雷達遭受巨大壓力,但是正所謂有有矛就有盾,目前世界各國都在研制能夠探測到隱形戰機的雷達,比如中國的JL3D-91B米波三坐標雷達,俄羅斯“天空-Y”米波雷達都可以探測到F-22、F-35這些第五代隱形戰機,不過這種雷達比較都是從傳統雷達改進過來的,探測原理與傳統雷達有著大同小異,性能不穩定,有時候探測到的根本不是F-22隱形戰機,而是其他物體,比如氣象氣球。但是下面介紹的這種雷達,無論探測常規戰機還是隱形戰機都有很好的效果,它就是量子雷達。

        量子雷達是將量子信息技術引入經典雷達探測領域,解決經典雷達在探測、測量和成像等方面的技術瓶頸,提升雷達的綜合性能。

        量子雷達屬于一種新概念雷達,首要應用是實現目標有無的探測,在此基礎上可以進一步擴展應用領域,包括量子成像雷達、量子測距雷達和量子導航雷達等,從本質上來說,量子雷達并沒有脫離經典雷達探測的框架體系,只是在利用量子理論進行系統分析時,對雷達中一些概念和物理現象,如接收機噪聲等,具有全新的、更準確的理解。在此基礎上,量子雷達從信息調制載體和檢測處理等方面入手,提升雷達的性能??傮w而言,量子雷達是對經典雷達理論的更新和補充,而不是顛覆和取代。


        工作原理01

        量子雷達采用量子自我糾纏技術可以讓一切隱形戰機原形畢露,它的工作原理是這樣的,量子雷達產生大量的電磁波量子糾纏對,然后將探測量子發射出去,如果探測量子遇到物體,物體就會形成一種虛擬的圖像顯示在屏幕上,比如如果是遇到F-22戰機,就會把F-22戰機的外形以量子成像的形式保留下來,如果是B-2隱形轟炸機,就會以B-2的外形圖像顯示出來,而隱形戰機的雷達吸波材料和技術對于量子糾纏根本沒有作用,因為如果隱形戰機試圖吸收或者破壞量子的電磁波的話,就會破壞原來的量子糾纏狀態,這樣的結果是不需要電磁反射波就可以知道目標的位置了。


        量子雷達的分類02

        根據利用量子現象和光子發射機制的不同,量子雷達主要可以分為以下3個類別:

        一是量子雷達發射非糾纏的量子態電磁波。其探測過程為利用泵浦光子穿過(BBO)晶體,通過參量下轉換產生大量糾纏光子對,各糾纏光子對之間的偏振態彼此正交,將糾纏的光子對分為探測光子和成像光子,成像光子保留在量子存儲器中,探測光子由發射機發射經目標反射后,被量子雷達接收,根據探測光子和成像光子的糾纏關聯,可提高雷達的探測性能。與不采用糾纏的量子雷達相比,采用糾纏的量子雷達分辨率,以二次方速率提高。

        二是量子雷達發射糾纏的量子態電磁波。發射機將糾纏光子對中的信號光子發射出去,“備份”光子保留在接收機中,如果目標將信號光子反射回來,那么通過對信號光子和“備份”光子的糾纏測量,可以實現對目標的檢測。

        三是雷達發射經典態的電磁波。在接收機處使用量子增強檢測技術以提升雷達系統的性能,目前,該技術在激光雷達技術中有著廣泛的應用。中電14所實際上應用的是上述三種模式中的一種。


        量子雷達的技術優勢03

        目前,經典雷達存在一些缺點:

        • 一是發射功率大(幾十千瓦),電磁泄漏大;

        • 二是反隱身能力相對較差;

        • 三是成像能力相對較弱;

        • 四是信號處理復雜,實時性弱。

        針對經典雷達存在的技術難點,量子信息技術均存在一定的技術優勢,可以通過與經典雷達相結合,提升雷達的探測性能。

        首先,量子信息技術中的信息載體為單個量子,信號的產生、調制和接收、檢測的對象均為單個量子,因此整個接收系統具有極高的靈敏度,即量子接收系統的噪聲基底極低,相比經典雷達的接收機,噪聲基底能夠降低若干個數量級。再忽略工作頻段、雜波和動態范圍等實現因素,則雷達作用距離可以大幅提升數倍甚至數十倍。從而大大提升雷達對于微弱目標,甚至隱身目標的探測能力。

        其次,量子信息技術中的調制對象為量子態,相比較經典雷達的信息調制對象,量子態可以表征量子“漲落變化”等微觀信息,具有比經典時、頻、極化等更加高階的信息,即調制信息維度更高。從信息論角度出發,通過對高維信息的操作,可以獲取更多的性能。對于目標探測而言,通過高階信息調制,可以在不影響積累得益的前提下,進一步壓低噪聲基底,從而提升噪聲中微弱目標檢測的能力;從信號分析角度出發,通過對信號進行量子高階微觀調制,使得傳統信號分析方法難以準確提取征收信號中調制的信息,從而提升在電子對抗環境下的抗偵聽能力。綜合而言,通過量子信息技術的引入,通過量子化接收,原理上可以有效降低接收信號中的噪聲基底功率;通過量子態調制,原理上可以增加信息處理的維度,一方面可以提升信噪比得益,另一方面可以降低發射信號被準確分析和復制的可能性,從而在目標探測和電子對抗領域具有廣闊的應用潛力。


        如今,在充斥著各類電磁波的現代戰場上,隱身早已不局限在戰斗機上,譬如美軍的朱姆沃爾特驅逐艦、歐洲的PL-01隱身坦克等,都是對隱身技術的延伸探索。
        然而這一切努力都將隨著量子雷達的問世而變得毫無意義。真正的“全隱身”時代還未來臨,就已經被中國的量子雷達拉下帷幕。
        美國戰略研究機構聲稱:量子雷達無疑是一款改變戰爭規則的武器,它的突然出現,已經強行扭轉了現代武器的發展方向。而這次的主動權,掌握在中國人的手中。


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