量子雷达的工作原理、分类及其技术优势

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量子雷达是基于量子力学基本原理，主要依靠收发量子信号实现目标探测的一种新型雷达。量子雷达具有探测距离远、可识别和分辨隐身平台及武器系统等突出特点，未来可进一步应用于导弹防御和空间探测，具有极其广阔的应用前景。作为洞察未来战场的“千里眼”，量子雷达技术势必掀起各军事强国变革雷达技术的时代潮流。

量子雷达工作原理

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。

二是量子雷达发射非纠缠的量子态电磁波。发射机将纠缠光子对中的信号光子发射出去，“备份”光子保留在接收机中，如果目标将信号光子反射回来，那么通过对信号光子和“备份”光子的纠缠测量可以实现对目标的检测。

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。

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、极化等更加高阶的信息，即调制信息维度更高。从信息论角度出发，通过对高维信息的操作，可以获取更多的性能。对于目标探测而言，通过高阶信息调制，可以在不影响积累得益的前提下，进一步压低噪声基底，从而提升噪声中微弱目标检测的能力；从信号分析角度出发，通过对信号进行量子高阶微观调制，使得传统信号分析方法难以准确提取征收信号中调制的信息，从而提升在电子对抗环境下的抗侦听能力。综合而言，通过量子信息技术的引入，通过量子化接收，原理上可以有效降低接收信号中的噪声基底功率；通过量子态调制，原理上可以增加信息处理的维度，一方面可以提升信噪比得益，另一方面可以降低发射信号被准确分析和复制的可能性，从而在目标探测和电子对抗领域具有广阔的应用潜力。