量子雷达能发现潜艇吗?
量子雷达是一种远距离传感器系统,利用电磁波的量子效应远距离探测目标。与传统雷达相比,量子雷达发射的是由少量光子组成的脉冲信号;信号光子与目标的相互作用遵循量子电动力学的规律,散射过程用量子场论描述。在接收端,利用光子探测器进行突发接收,利用量子系统状态估计和测量技术获得回波信号光子态中的目标信息。
根据量子雷达发射机发射的量子态不同,可以分为单光子量子雷达和纠缠光子量子雷达。单光子探测量子雷达系统发射非纠缠光量子态,工作模式类似于经典雷达。量子雷达发射机向目标发射单光子,被目标反射后被雷达接收机接收探测。单光子探测是一种理想的探测方案,优点是几乎没有干扰,缺点是实现困难。
量子纠缠雷达系统依靠纠缠和叠加光子的量子态产生一个纠缠光子对,其中一个发送到目标,另一个仍然在雷达系统的接收机中。利用纠缠中包含的相关特性,通过比较目标反射辐射光子与雷达内部光子的重合度来实现目标探测。通过量子纠缠,量子雷达可以增强目标探测能力,发挥量子雷达的最大优势。因此,量子纠缠雷达受到了更多的关注,是未来量子雷达的主要发展方向之一。
美国政府研究项目的启动和大型军工企业的参与,将量子雷达的研究推向了一个新的高度,证明了量子雷达在国防安全领域具有广阔的应用前景,是美国必须争取的国防武器。
理论研究方面,国外量子雷达研究始于六七十年代。从量子信号的研究出发,开展了量子计量、传感、成像、探测等领域的研究,最终细化了量子雷达的工作波段、量子雷达的散射截面等具体问题。2007年,美国国防部高级研究计划局(DARPA)启动了量子传感项目和量子激光雷达项目,量子雷达的研究领域正式形成。
在专利申请和方案研究方面,国外量子雷达专利出现较早,21世纪进入专利申请期。据不完全统计,2000年至2008年美国与量子雷达相关的专利有16项。麻省理工学院等多个研究团队提出了量子雷达方案,主要有干涉型量子雷达、接收型量子增强激光雷达和量子照明雷达。在众多专利中,比较有代表性的是2005年洛克希德·马丁公司申请的基于量子纠缠理论的量子雷达系统专利。专利资料显示,美国最新的量子雷达专利申请时间为2016 1。
在样机研制方面,2013年,美国罗切斯特大学和英国约克大学先后研制出量子雷达样机。前者是抗干扰的量子雷达,可以轻松探测隐形飞机,几乎不受干扰。2015英国研究人员开发出一种可用于量子雷达的微波和光波双腔转换器。
量子雷达有超强的灵敏度。量子雷达利用量子纠缠提高灵敏度,从而在高背景噪声中识别小信号。与经典波遥感探测系统相比,利用量子纠缠电磁波探测目标的量子辐照雷达可以显著提高雷达接收机处的回波信噪比,可以全面增强雷达对目标的探测。
量子雷达未来的工作频段最有可能在微波频段,比如X波段,从而继承了微波的很多优点,比如微波光子可以穿透云雾,具有全天候、全天候的工作能力。此外,量子雷达采用量子计量技术,大大提高了雷达测距、测角和成像的分辨率。与传统雷达相比,量子雷达具有功耗低、抗干扰性强、探测距离远、分辨率高、易于成像等优点。
在电子战领域,量子雷达堪称一项革命性的技术。由于超光速波具有更强的穿透能力和抗干扰能力,量子雷达可以探测到向上的隐形飞行物,水面的隐形战舰,水下的潜艇。量子雷达理论探测距离非常远,可以用于行星防御和太空探索。
比如量子雷达可以探测隐身目标,让隐身飞机和隐身舰船无处藏身。量子探测是利用量子纠缠和叠加的特性对物体进行测量或成像。在电子对抗战中,量子雷达可以不受隐身飞机和舰船发出的虚假反射信号的影响。根据被探测目标的光子变化,通过信号处理系统还原被探测目标的图像,确定隐身目标的位置和状态,实现综合防控和精确打击。此外,量子雷达使用的量子束隐藏形式的传输与传播介质无关,可以自由探测深海潜艇的目标。量子雷达量子光束具有很强的纠缠特性,因此具有很强的抗干扰性。因为不会受到核辐射的影响,适合核战争环境。发生核战争时,如果总部使用量子雷达探测系统,其基于量子纠缠态的量子探测系统的优越性能不会受到原子弹的干扰而受损,可以正常接受和发射跟踪目标,大大提高了战场指挥的主动性。