一、什麼是量子雷達？

量(liang)子(zi)雷(lei)達(da)屬(shu)於(yu)一(yi)種(zhong)新(xin)概(gai)念(nian)雷(lei)達(da)，它(ta)是(shi)將(jiang)傳(chuan)統(tong)雷(lei)達(da)技(ji)術(shu)與(yu)量(liang)子(zi)信(xin)息(xi)技(ji)術(shu)相(xiang)結(jie)合(he)，利(li)用(yong)電(dian)磁(ci)波(bo)的(de)波(bo)粒(li)二(er)象(xiang)性(xing)
，通(tong)過(guo)對(dui)電(dian)磁(ci)場(chang)的(de)微(wei)觀(guan)量(liang)子(zi)和(he)量(liang)子(zi)態(tai)操(cao)作(zuo)和(he)控(kong)製(zhi)實(shi)現(xian)目(mu)標(biao)探(tan)測(ce)、測量和成像的遠程傳感器係統。

 

量子雷達利用光子的量子特性來對目標進行成像，由於任何物體（如隱形飛機）被bei發fa送song出chu的de光guang子zi碰peng觸chu之zhi後hou
，都dou會hui改gai變bian光guang子zi的de量liang子zi特te性xing，而er特te性xing被bei改gai變bian的de光guang子zi訊xun號hao經jing目mu標biao反fan射she
，被bei訊xun號hao接jie收shou器qi接jie收shou並bing成cheng像xiang後hou
，就jiu能neng輕qing易yi探tan測ce到dao物wu體ti的de具ju體ti位wei置zhi。

 

erqieyinweiguangzijihubukenengbeiqitaxitongganrao
，yinciliangzileidadeanquanxinggao。gaijishudeyuanliyuliangzitongxundejiamijishuxiangdangleisi，zaiqietingzheshituxiequ、幹擾光子攜帶的訊息時
，因光子特性遭到改變

，反而讓竊聽者暴露自己的位置。

 

量子雷達通過將量子信息技術引入經典雷達探測領域，解決了經典雷達在探測、測ce量liang和he成cheng像xiang等deng方fang麵mian的de技ji術shu瓶ping頸jing，提ti升sheng了le雷lei達da的de綜zong合he性xing能neng。其qi首shou要yao應ying用yong是shi實shi現xian目mu標biao有you無wu的de探tan測ce，在zai此ci基ji礎chu上shang可ke以yi進jin一yi步bu擴kuo展zhan應ying用yong領ling域yu

，應ying用yong包bao括kuo量liang子zi成cheng像xiang雷lei達da
、量子測距雷達和量子導航雷達等。

 

二
、量子雷達與經典雷達的區別

相(xiang)對(dui)於(yu)傳(chuan)統(tong)雷(lei)達(da)，量(liang)子(zi)雷(lei)達(da)以(yi)電(dian)磁(ci)場(chang)微(wei)觀(guan)量(liang)子(zi)作(zuo)為(wei)信(xin)息(xi)載(zai)體(ti)，發(fa)射(she)由(you)少(shao)量(liang)數(shu)目(mu)光(guang)子(zi)組(zu)成(cheng)的(de)探(tan)測(ce)信(xin)號(hao)，光(guang)子(zi)與(yu)目(mu)標(biao)相(xiang)互(hu)作(zuo)用(yong)過(guo)程(cheng)遵(zun)循(xun)量(liang)子(zi)電(dian)動(dong)力(li)學(xue)規(gui)則(ze)
，接(jie)收(shou)端(duan)采(cai)用(yong)光(guang)子(zi)探(tan)測(ce)器(qi)進(jin)行(xing)接(jie)收(shou)，並(bing)通(tong)過(guo)量(liang)子(zi)係(xi)統(tong)狀(zhuang)態(tai)估(gu)計(ji)與(yu)測(ce)量(liang)技(ji)術(shu)獲(huo)取(qu)回(hui)波(bo)信(xin)號(hao)光(guang)子(zi)態(tai)中(zhong)的(de)目(mu)標(biao)信(xin)息(xi)。

 

 

量子雷達基本組成框圖

 

具體來說，量子雷達區別於經典雷達的特點主要包括：

 

①、信息載體與信號體製不同

經典雷達基於電磁波的波動性，對其在時域、頻域
、 極化域進行調製與解調以獲取被探測目標的信息
；量子雷達更加注重電磁波的粒子性
，尤其是利用了量子 糾纏等特殊量子效應，從而有望獲取更多的目標信息。

 

②
、信號處理手段與信息獲取方式不同

當前，經典雷達的目標檢測機理大多是基於信噪比最大準則，利用回波信號宏觀的相參特征實現目標參數的估計；量子雷達通常不需要複雜的信號處理過程
，而是利用精準的量子測量手段從回波中“測量”出其中攜帶的目標信息．

 

③、發射機與接收機結構和器件不同

在量子雷達領域，量子效應將導致傳統器件無法有效工作
，從而需研究設計符合量子電動力學規則的量子器件．由此
，經典雷達係統噪聲在量子雷達係統中主要表現為量子噪聲，因而量子雷達通常具有極低的噪聲基底。

 

 

 

如(ru)上(shang)所(suo)述(shu)，量(liang)子(zi)雷(lei)達(da)與(yu)經(jing)典(dian)雷(lei)達(da)有(you)諸(zhu)多(duo)不(bu)同(tong)，但(dan)從(cong)本(ben)質(zhi)上(shang)來(lai)說(shuo)
，量(liang)子(zi)雷(lei)達(da)仍(reng)屬(shu)於(yu)傳(chuan)統(tong)雷(lei)達(da)探(tan)測(ce)與(yu)成(cheng)像(xiang)的(de)理(li)論(lun)體(ti)係(xi)範(fan)疇(chou)

，量(liang)子(zi)雷(lei)達(da)是(shi)對(dui)傳(chuan)統(tong)雷(lei)達(da)技(ji)術(shu)的(de)發(fa)展(zhan)和(he)補(bu)充(chong)，而(er)不(bu)是(shi)顛(dian)覆(fu)和(he)取(qu)代(dai)。從(cong)廣(guang)義(yi)上(shang)來(lai)說(shuo)

，我(wo)們(men)在(zai)討(tao)論(lun)量(liang)子(zi)雷(lei)達(da)技(ji)術(shu)時(shi)
，並(bing)不(bu)局(ju)限(xian)其(qi)工(gong)作(zuo)頻(pin)率(lv)，微(wei)波(bo)／毫米 波
、紅外、太赫茲等波段都可以利用
；從狹義上來說，如 果能夠使量子雷達工作於傳統雷達頻段，尤其是微波頻段，那麼量子雷達將具有全天時、全天候的工作能力

， 其應用範圍將更為廣闊。

 

三
、量子雷達的分類

yijusuoliyongliangzixianxianghetancexinhaoxingshiyijixinxihuoqufangshidebutong，liangzileidayouduozhongfenleifangfa
，shouxianyijusuoliyongliangzixianxianghexinxihuoqufangshidebutong，keyijiangliangzilei 達分為以下三個類別。

 

量子增強雷達

leidafashejingdiantaidediancibo，shiyongguangzitanceqijieshouhuiboxinhao，liyongliangzizengqiangjiancejishuyitishengleidaxitongdexingneng，muqiangaijishuzaijiguangleidazhongyiqudejiaoweiguangfandeyingyong。ciwai，liangzizengqiangleidahaibaokuojiyugaojingdushipinjizhunchuandideliangzizengqiangzhenlieleida。

 

量子糾纏雷達

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
，那麼通過對信號光子和“備份”光子的糾纏測量可以實現對目標的檢測。

 

量子衍生雷達

jiejianyuliangziwulililunhuoqishuxuesixiangfazhanerlai
，keyixianzhetishengchuantongleidaxitongdexingnengdanbingbuyikaozhenshiliangziwulitixilaishixian
，muqianzaileidachengxianglingyufazhanjiaokuai。

 

量子成像又稱“鬼成像”，是量子光學的一個重要分支
，其利用光場的量子相幹性和不確定性


，采用二階（高階）關聯方法是實現對目標的成像，因此也稱為關聯成像。其探測過程為利用泵浦光子穿過（BBO）晶jing體ti，通tong過guo參can量liang下xia轉zhuan換huan產chan生sheng大da量liang糾jiu纏chan光guang子zi對dui
，各ge糾jiu纏chan光guang子zi對dui之zhi間jian的de偏pian振zhen態tai彼bi此ci正zheng交jiao，將jiang糾jiu纏chan的de光guang子zi對dui分fen為wei探tan測ce光guang子zi和he成cheng像xiang光guang子zi，成cheng像xiang光guang子zi保bao留liu在zai量liang子zi存cun儲chu器qi中zhong，探tan測ce光guang子zi由you發fa射she機ji發fa射she經jing目mu標biao反fan射she後hou，被bei量liang子zi雷lei達da接jie收shou，根gen據ju探tan測ce光guang子zi和he成cheng像xiang光guang子zi的de糾jiu纏chan關guan聯lian可ke提ti高gao雷lei達da的de探tan測ce性xing能neng。與yu不bu采cai用yong糾jiu纏chan的de量liang子zi雷lei達da相xiang比bi
，采cai用yong糾jiu纏chan的de量liang子zi雷lei達da分fen辨bian率lv以yi二er次ci方fang速su率lv提ti高gao。

 

另外，根據探測信號形式的不同
，量子雷達還可以分為單光子探測量子雷達和多光子探測量子雷達。

 

單光子探測量子雷達：發fa射she機ji發fa射she單dan光guang子zi或huo糾jiu纏chan光guang子zi脈mai衝chong探tan詢xun目mu標biao可ke能neng存cun在zai的de區qu域yu，如ru果guo目mu標biao存cun在zai，則ze信xin號hao光guang子zi將jiang會hui以yi一yi定ding的de概gai率lv返fan回hui至zhi接jie收shou機ji處chu，通tong過guo對dui返fan回hui單dan個ge光guang子zi狀zhuang態tai的de測ce量liang可ke以yi提ti取qu出chu目mu標biao信xin息xi。此ci為wei一yi種zhong理li想xiang的de探tan測ce方fang案an
，優you點dian是shi幾ji乎hu不bu受shou幹gan擾rao，缺que點dian是shi實shi現xian困kun難nan。

 

多光子探測量子雷達：發射機發射相幹態電磁波或糾纏態電磁波，利用發射信號中多個光子的關聯性進行目標探測，接收機處通過對單個光子狀態的測 量和辨識完成目標探測。相對於單光子探測量子雷達
，它雖然會受到一定程度的幹擾，但實現起來相對容易些
，具有更大的現實意義。

 

 

 

四、量子雷達的技術優勢

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(si)是(shi)信(xin)號(hao)處(chu)理(li)複(fu)雜(za)

，實(shi)時(shi)性(xing)弱(ruo)。針(zhen)對(dui)經(jing)典(dian)雷(lei)達(da)存(cun)在(zai)的(de)技(ji)術(shu)難(nan)點(dian)，量(liang)子(zi)信(xin)息(xi)技(ji)術(shu)均(jun)存(cun)在(zai)一(yi)定(ding)的(de)技(ji)術(shu)優(you)勢(shi)，可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)與(yu)經(jing)典(dian)雷(lei)達(da)相(xiang)結(jie)合(he)，提(ti)升(sheng)雷(lei)達(da)的(de)探(tan)測(ce)性(xing)能(neng)。

 

首先
，量子信息技術中的信息載體為單個量子，信號的產生

、調製和接收、檢jian測ce的de對dui象xiang均jun為wei單dan個ge量liang子zi，因yin此ci整zheng個ge接jie收shou係xi統tong具ju有you極ji高gao的de靈ling敏min度du
，即ji量liang子zi接jie收shou係xi統tong的de噪zao聲sheng基ji底di極ji低di，相xiang比bi經jing典dian雷lei達da的de接jie收shou機ji，噪zao聲sheng基ji底di能neng夠gou降jiang低di若ruo幹gan個ge數shu量liang級ji。再zai忽hu略lve工gong作zuo頻pin段duan、zabohedongtaifanweidengshixianyinsu，zeleidazuoyongjulikeyidafutishengshubeishenzhishushibei。congerdadatishengleidaduiyuweiruomubiao，shenzhiyinshenmubiaodetancenengli。

 

其次，量子信息技術中的調製對象為量子態，相比較經典雷達的信息調製對象，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
，即調製信息維度更高。

 

congxinxilunjiaoduchufa，tongguoduigaoweixinxidecaozuo
，keyihuoqugengduodexingneng。duiyumubiaotanceeryan
，tongguogaojiexinxitiaozhi，keyizaibuyingxiangjileideyideqiantixia，jinyibuyadizaoshengjidi，congertishengzaoshengzhongweiruomubiaojiancedenengli；從(cong)信(xin)號(hao)分(fen)析(xi)角(jiao)度(du)出(chu)發(fa)，通(tong)過(guo)對(dui)信(xin)號(hao)進(jin)行(xing)量(liang)子(zi)高(gao)階(jie)微(wei)觀(guan)調(tiao)製(zhi)，使(shi)得(de)傳(chuan)統(tong)信(xin)號(hao)分(fen)析(xi)方(fang)法(fa)難(nan)以(yi)準(zhun)確(que)提(ti)取(qu)征(zheng)收(shou)信(xin)號(hao)中(zhong)調(tiao)製(zhi)的(de)信(xin)息(xi)
，從(cong)而(er)提(ti)升(sheng)在(zai)電(dian)子(zi)對(dui)抗(kang)環(huan)境(jing)下(xia)的(de)抗(kang)偵(zhen)聽(ting)能(neng)力(li)。綜(zong)合(he)而(er)言(yan)，通(tong)過(guo)量(liang)子(zi)信(xin)息(xi)技(ji)術(shu)的(de)引(yin)入(ru)，通(tong)過(guo)量(liang)子(zi)化(hua)接(jie)收(shou)，原(yuan)理(li)上(shang)可(ke)以(yi)有(you)效(xiao)降(jiang)低(di)接(jie)收(shou)信(xin)號(hao)中(zhong)的(de)噪(zao)聲(sheng)基(ji)底(di)功(gong)率(lv)；通(tong)過(guo)量(liang)子(zi)態(tai)調(tiao)製(zhi)，原(yuan)理(li)上(shang)可(ke)以(yi)增(zeng)加(jia)信(xin)息(xi)處(chu)理(li)的(de)維(wei)度(du)，一(yi)方(fang)麵(mian)可(ke)以(yi)提(ti)升(sheng)信(xin)噪(zao)比(bi)得(de)益(yi)，另(ling)一(yi)方(fang)麵(mian)可(ke)以(yi)降(jiang)低(di)發(fa)射(she)信(xin)號(hao)被(bei)準(zhun)確(que)分(fen)析(xi)和(he)複(fu)製(zhi)的(de)可(ke)能(neng)性(xing)
，從(cong)而(er)在(zai)目(mu)標(biao)探(tan)測(ce)和(he)電(dian)子(zi)對(dui)抗(kang)領(ling)域(yu)具(ju)有(you)廣(guang)闊(kuo)的(de)應(ying)用(yong)潛(qian)力(li)。

 

五、量子雷達發展曆程

量子雷達相關技術研究起源於上世紀 60 年代
，P.A.Bakut 探索了在傳統雷達係統中使用量子信號的可能性。

 

1967 年，在量子力學、傳統檢測與估計理論以及經典信息論的基礎上
，C.W.Helstrom 等人研究了量子檢測與估計理論以突破傳統檢測與估計方法的性能極限，為量子雷達目標信息獲取奠定了重要的理論基礎。

 

但量子雷達真正發展的時間不過短短的 10 多年。

 

量子雷達是 21 世紀後萌發的新概念武器係統，為了應對隱形戰機逐漸普遍化的世界
，防守方需要對抗的需求。

 

美軍 F-22 隱形戰機

 

2008 年美國麻省理工學院的 Lloyd 教授首次提出了量子遠程探測係統模型。

 

2012 nianmeiguoluoqiesitedaxueguangxueyanjiusuodeyanjiutuanduishengchengyanfachuyizhongkangganraodeliangzileidalilun，zhezhongleidaliyongguangzipengchudaomubiaohouchanshengdeliangzitaibianhuanlaizhence，keyibiaozhengliangzi“漲落變化”等微觀資訊。整個量子雷達靈敏度極高

，噪聲基底極低，又幾乎不可能被電波幹擾裝置擾亂
，再加上能忽略工作頻段
、雜波等
，此種雷達探測隱形戰機的範圍理論上可達數十倍。

 

2012 年東京大學的團隊采用超導回路，取得了微波頻段單光子態與後續壓縮態產生、接收技術的元件新突破。

 

2013 年意大利的 Lopaeva 博士在實驗室中達成量子雷達成像探測，證明其有實戰價值的可能性。

 

2016 年 8 月中國電科 14 所“智慧感知技術重點實驗室”發布成功研製單光子檢測量子雷達係統成品
，在中國科學技術大學、中國電科 27 所以及南京大學等協作單位的共同努力下，完成了量子探測機理
、目(mu)標(biao)散(san)射(she)特(te)性(xing)研(yan)究(jiu)以(yi)及(ji)量(liang)子(zi)探(tan)測(ce)原(yuan)理(li)的(de)實(shi)驗(yan)驗(yan)證(zheng)，並(bing)且(qie)在(zai)外(wai)場(chang)完(wan)成(cheng)真(zhen)實(shi)大(da)氣(qi)環(huan)境(jing)下(xia)探(tan)測(ce)試(shi)驗(yan)，獲(huo)得(de)了(le)百(bai)公(gong)裏(li)級(ji)探(tan)測(ce)威(wei)力(li)，探(tan)測(ce)靈(ling)敏(min)度(du)極(ji)大(da)提(ti)高(gao)，指(zhi)標(biao)均(jun)達(da)到(dao)預(yu)期(qi)效(xiao)果(guo)
，並(bing)且(qie)可(ke)以(yi)發(fa)現(xian)現(xian)役(yi)的(de)隱(yin)形(xing)戰(zhan)機(ji)。

 

 

 

對dui此ci

，有you專zhuan家jia表biao示shi，中zhong國guo量liang子zi雷lei達da的de相xiang關guan研yan究jiu已yi做zuo多duo年nian，以yi往wang在zai量liang子zi成cheng像xiang方fang麵mian的de工gong作zuo
，並bing沒mei有you在zai單dan光guang子zi的de水shui平ping上shang，而er是shi用yong光guang的de高gao階jie關guan聯lian特te性xing實shi現xian成cheng像xiang。雖sui然ran能neng突tu破po雲yun霧wu等deng幹gan擾rao
，但dan成cheng像xiang過guo程cheng還hai是shi比bi較jiao複fu雜za，流liu程cheng也ye較jiao漫man長chang，實shi用yong性xing還hai有you待dai發fa展zhan，很hen難nan說shuo叫jiao量liang子zi成cheng像xiang。而er現xian在zai單dan光guang子zi量liang子zi雷lei達da技ji術shu突tu破po，是shi多duo年nian技ji術shu積ji累lei的de結jie果guo。目mu前qian，中zhong國guo在zai量liang子zi雷lei達da領ling域yu僅jin處chu於yu技ji術shu先xian進jin水shui平ping
，還hai不bu是shi領ling先xian狀zhuang態tai。

 

近年來，隨著量子信息技術的飛速發展，量子雷達技術迎來了新的研究高潮，瞄準反隱身探測
、電 子抗幹擾等領域的應用潛力
，當前量子雷達研究在量子糾纏雷達、量子增強雷達和量子衍生雷達三個子方向進展迅速。

 

六、未來量子雷達的研究發展趨勢

當前量子雷達工作體製
、目標探測與成像等諸多機理性問題尚不明晰
，相關理論、技術、係統的研究方興未艾，理論研究成果到實際係統應用還存在很大距離。未來其研究發展趨勢主要包括以下四點。

 

微觀量子態製備與檢測

量liang子zi雷lei達da發fa射she機ji和he接jie收shou係xi統tong設she計ji是shi量liang子zi雷lei達da係xi統tong設she計ji的de核he心xin，其qi中zhong，微wei觀guan量liang子zi態tai的de製zhi備bei與yu檢jian測ce，特te別bie是shi糾jiu纏chan態tai的de製zhi備bei與yu檢jian測ce，是shi發fa射she與yu接jie收shou係xi統tong研yan究jiu中zhong的de主zhu要yao難nan題ti。

 

另(ling)外(wai)
，雖(sui)然(ran)量(liang)子(zi)糾(jiu)纏(chan)產(chan)生(sheng)與(yu)檢(jian)測(ce)理(li)論(lun)研(yan)究(jiu)已(yi)相(xiang)當(dang)完(wan)善(shan)，在(zai)實(shi)驗(yan)室(shi)中(zhong)可(ke)以(yi)製(zhi)備(bei)與(yu)檢(jian)測(ce)可(ke)見(jian)光(guang)附(fu)近(jin)頻(pin)段(duan)的(de)糾(jiu)纏(chan)光(guang)子(zi)態(tai)。然(ran)而(er)，對(dui)於(yu)微(wei)波(bo)或(huo)其(qi)他(ta)頻(pin)段(duan)的(de)量(liang)子(zi)態(tai)，其(qi)產(chan)生(sheng)與(yu)探(tan)測(ce)仍(reng)然(ran)是(shi)一(yi)個(ge)具(ju)有(you)挑(tiao)戰(zhan)性(xing)的(de)問(wen)題(ti)，可(ke)以(yi)預(yu)見(jian)，結(jie)合(he)超(chao)材(cai)料(liao)技(ji)術(shu)有(you)望(wang)解(jie)決(jue)這(zhe)一(yi)重(zhong)要(yao)難(nan)題(ti)。

 

獲取量子係統信息

由量子雷達基本定義及其工作原理可知，探測信號產生、雷達與目標相互作用
、目標回波檢測等過程都應當視為對量子係統的操作，因此
，量子信息處理原理和方式也將與傳統的信號處理手段有著很大的區別。

 

與經典統計信號處理理論相對應
，需要研究量子係統狀態估計與檢測理論，為量子雷達目標信息獲取提供重要的理論支撐。

 

研究量子雷達目標特性

雷達目標特性是雷達探測獲取目標信息的基礎
，同時對雷達設計具有很大的現實指導價值。

 

在量子雷達相關技術中，量子雷達信號與目標相互作用機理，不同目標對信號光子狀態的“調製”作zuo用yong以yi及ji傳chuan播bo信xin道dao對dui量liang子zi態tai的de改gai變bian作zuo用yong等deng問wen題ti是shi目mu標biao探tan測ce與yu識shi別bie的de理li論lun基ji礎chu。因yin此ci

，量liang子zi雷lei達da目mu標biao散san射she特te性xing研yan究jiu是shi量liang子zi雷lei達da相xiang關guan技ji術shu研yan究jiu探tan索suo過guo程cheng中zhong必bi不bu可ke少shao的de重zhong要yao內nei容rong。

 

微觀量子操控與宏觀應用的“接口”

量子雷達基於對電磁場的量子態操作和控製實現對目標的探測、測量和成像，然而微觀量子信息是很難被人們直接“感知”的(de)。為(wei)了(le)實(shi)現(xian)量(liang)子(zi)雷(lei)達(da)技(ji)術(shu)的(de)實(shi)際(ji)應(ying)用(yong)

，需(xu)要(yao)研(yan)究(jiu)微(wei)觀(guan)量(liang)子(zi)信(xin)息(xi)與(yu)宏(hong)觀(guan)物(wu)理(li)量(liang)之(zhi)間(jian)的(de)對(dui)應(ying)以(yi)及(ji)如(ru)何(he)將(jiang)宏(hong)觀(guan)問(wen)題(ti)轉(zhuan)化(hua)為(wei)量(liang)子(zi)微(wei)觀(guan)問(wen)題(ti)來(lai)解(jie)決(jue)，即(ji)微(wei)觀(guan)量(liang)子(zi)操(cao)控(kong)與(yu)宏(hong)觀(guan)探(tan)測(ce)應(ying)用(yong)的(de)“接口”是量子雷達 技術走向實際應用需要解決的一個重要問題。

 

上述幾個方麵都具有重要的研究價值

，如有突破將對量子雷達發展產生重要的推動作用。