量子雷达与经典雷达的区别在哪，量子雷达与经典雷达的区别

很多朋友对量子雷达与经典雷达的区别在哪，量子雷达与经典雷达的区别不是很了解，每日小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

经过70多年的发展，雷达技术在理论、体系、实现方法和技术应用等方面都取得了长足进步。然而，近年来，传统雷达的探测性能已经接近经典物理学的极限。如何进一步提高雷达系统的性能成为困扰科技人员的问题。

然而，随着量子信息科学的蓬勃发展，量子技术与雷达探测日益融合，迎来了量子雷达的诞生。量子雷达有望显着提高雷达系统的目标探测能力，在未来军事反隐身作战、太空探索等领域具有诱人的应用前景。

一、什么是量子雷达？

量子雷达是传统雷达技术与量子信息技术相结合的新概念雷达。它利用电磁波的波粒二象性，通过对电磁场微观量子和量子态的操纵和控制，实现目标的探测、测量和成像。遥感器系统。

量子雷达利用光子的量子特性对目标进行成像。由于任何物体（例如隐形飞机）被发出的光子接触，都会改变光子的量子特性。性质发生变化的光子信号被目标反射并传输到信号中。被接收器接收并成像后，可以轻松检测到物体的具体位置。

由于光子几乎不可能受到其他系统的干扰，因此量子雷达非常安全。该技术的原理与量子通信的加密技术颇为相似。当窃听者试图捕获并干扰光子携带的信息时，光子的特性会发生改变，从而暴露窃听者的位置。

量子雷达通过将量子信息技术引入经典雷达探测领域，解决了经典雷达在探测、测量和成像方面的技术瓶颈，提高了雷达的整体性能。其主要应用是检测目标是否存在。在此基础上，还可以进一步拓展应用领域，包括量子成像雷达、量子测距雷达、量子导航雷达等。

二、量子雷达与经典雷达的区别

与传统雷达相比，量子雷达利用电磁场的微观量子作为信息载体，发射由少量光子组成的探测信号。光子与目标之间的相互作用过程遵循量子电动力学规则。接收端使用光子探测器接收并穿过量子系统。状态估计与测量技术通过回波信号的光子状态获取目标信息。

量子雷达基本框图

具体来说，量子雷达区别于经典雷达的主要特征包括：

.信息载体和信号系统不同

经典雷达根据电磁波的波动性，在时域、频域、偏振域进行调制解调，以获得被探测目标的信息；量子雷达更关注电磁波的粒子性，尤其是量子纠缠等特殊特征的利用。量子效应，有望获得更多目标信息。

.信号处理方法和信息获取方法不同

目前，经典雷达的目标检测机制大多基于最大信噪比准则，利用回波信号的宏观相干特性来估计目标参数；量子雷达通常不需要复杂的信号处理，而是使用精确的量子测量。该方法“测量”回波中携带的目标信息。

.发射器和接收器具有不同的结构和部件。

在量子雷达领域，量子效应会导致传统器件无法有效工作，因此需要研究和设计符合量子电动力学规则的量子器件。因此，经典雷达系统的噪声在量子雷达系统中主要表现为量子噪声，因此量子雷达通常具有极低的本底噪声。

如上所述，量子雷达在很多方面与经典雷达不同，但本质上，量子雷达仍然属于传统雷达探测与成像的理论体系。量子雷达是传统雷达技术的发展和补充，而不是颠覆和替代。从广义上讲，当我们讨论量子雷达技术时，我们并不局限于它的工作频率。微波/毫米波、红外、太赫兹等波段均可使用；狭义上讲，如果能够使量子雷达工作在传统雷达频段，特别是微波频段，那么量子雷达将具备全天时、全天候的工作能力，其应用范围也会更加广阔。

三、量子雷达的分类

根据所使用的量子现象、探测信号形式和信息获取方法，量子雷达有多种分类方法。首先，根据所使用的量子现象和信息获取方式，量子雷达可分为以下三类。

量子增强雷达

雷达发射经典电磁波，利用光子探测器接收回波信号，并利用量子增强探测技术来提高雷达系统的性能。目前，该技术已广泛应用于激光雷达中。此外，量子增强雷达还包括基于高精度时频参考传输的量子增强阵列雷达。

量子纠缠雷达

量子雷达发射纠缠量子态电磁波。发射器发射纠缠光子对中的信号光子，“备用”光子保留在接收器中。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”光子进行纠缠测量就可以实现对目标的探测。

量子衍生雷达

它从量子物理理论或其数学思想发展而来，可以显着提高传统雷达系统的性能，但不依赖于真正的量子物理系统。目前在雷达成像领域发展迅速。

量子成像又称“鬼影成像”，是量子光学的一个重要分支。它利用光场的量子相干性和不确定性，采用二阶（高阶）相关方法来实现对目标的成像，因此也称为相关成像。探测过程是利用泵浦光子穿过（BBO）晶体，通过参量下转换产生大量纠缠光子对。纠缠光子对之间的偏振态相互正交，纠缠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，探测光子由发射器发射并被目标反射，然后被量子雷达接收。探测光子和成像光子之间的纠缠相关性可以提高雷达的探测性能。与没有纠缠的量子雷达相比，有纠缠的量子雷达的分辨率以二次方的速度增加。

此外，根据探测信号形式的不同，量子雷达还可以分为单光子探测量子雷达和多光子探测量子雷达。

单光子探测量子雷达：发射器发射单光子或纠缠光子脉冲来探测目标可能存在的区域。如果目标存在，信号光子就会以一定概率返回接收器。通过测量返回的单光子的状态，可以提取目标信息。这是一种理想的检测解决方案。优点是几乎不受干扰，缺点是实现起来比较困难。

多光子探测量子雷达：发射机发射相干电磁波或纠缠电磁波，利用发射信号中多个光子的相关性进行目标探测。接收器通过测量和识别单个光子的状态来完成目标检测。与单光子探测量子雷达相比，虽然会受到一定程度的干扰，但相对更容易实现，具有更大的实际意义。

四、 量子雷达技术优势

目前，经典雷达存在一些缺陷。一是传输功率大（几十千瓦），电磁泄漏大；第二，反隐身能力比较差；三是成像能力比较弱；第四，信号处理复杂，实时性弱。针对经典雷达存在的技术难点，量子信息技术具有一定的技术优势，可以与经典雷达相结合，提高雷达的探测性能。

首先，量子信息技术中的信息载体是单量子，信号产生、调制、接收、检测的对象都是单量子。因此，整个接收系统具有极高的灵敏度，即量子接收系统的本底噪声极低，相对于经典雷达接收机可以降低几个数量级的本底噪声。忽略工作频段、杂波和动态范围等实施因素，雷达射程可大幅提高数倍甚至数十倍。这大大提高了雷达对弱目标甚至隐形目标的探测能力。

其次，量子信息技术中的调制对象是量子态。与经典雷达的信息调制对象相比，量子态可以表示量子“涨落变化”等微观信息，具有比经典时间、频率、偏振等更高阶的信息，即调制信息具有更高的维度。

从信息论的角度来看，对高维信息进行操作可以获得更多的性能。对于目标检测，通过高阶信息调制，可以在不影响累积效益的情况下进一步降低本底噪声，从而提高检测噪声中弱目标的能力；从信号分析的角度来看，通过对信号进行量子高压处理的高阶微调制，使得传统信号分析方法难以准确提取采集信号中的调制信息，从而提高抗窃听能力在电子对抗环境中。综上所述，通过引入量子信息技术和量化接收，原则上可以有效降低接收信号中的本底噪声功率；通过量子态调制，原则上可以增加信息处理的维度，一方面可以提高信噪比。另一方面，可以降低准确分析和复制发射信号的可能性，从而在目标检测和电子对抗领域具有广泛的应用潜力。

五、 量子雷达发展史

量子雷达相关技术的研究起源于20 世纪60 年代，当时P.A. Bakut 探索了在传统雷达系统中使用量子信号的可能性。

1967年，C.W. Helstrom等人在量子力学、传统探测与估计理论和经典信息论的基础上，研究了量子探测与估计理论，突破了传统探测与估计方法的性能限制，为量子雷达奠定了重要基础目标信息获取。理论基础。

但量子雷达真正的发展时间只有10多年。

量子雷达是21世纪后出现的一种新概念武器系统。为了应对隐形战斗机逐渐变得普遍的世界，防御者需要对抗它们。

美军F-22隐形战斗机

2008年，麻省理工学院的劳埃德教授首次提出了量子远程探测系统模型。

2012年，美国罗彻斯特大学光学研究所的研究团队声称开发出抗干扰量子雷达理论。这种雷达利用光子撞击目标后产生的量子态变换进行探测，可以表征量子“涨落变化”等微观信息。整个量子雷达具有极高的灵敏度，极低的本底噪声，几乎不可能受到无线电波干扰装置的干扰。另外，它可以忽略工作频段、杂波等，因此这种雷达探测隐形战机的范围理论上可以达到几十倍。

2012年，东京大学的一个团队利用超导电路，在微波频段单光子态和后续压缩态的产生和接收方面取得了新的突破。

2013年，意大利洛帕耶娃博士在实验室实现了量子雷达成像探测，证明了其实用价值的可能性。

2016年8月，中国电子科技十四院“智能传感技术重点实验室”宣布单光子探测量子雷达系统研制成功。在中国科学技术大学、中国电子科技第二十七研究所、南京大学等协作单位的共同努力下，完成了量子探测机理、目标散射特性及量子探测原理实验验证的研究，并完成了现场真实大气环境的检测试验。实现了百公里级探测威力，探测灵敏度大幅提升，各项指标均达到预期效果，可发现现役隐身战机。

对此，有专家表示，我国量子雷达的相关研究已经开展多年。此前关于量子成像的工作并不是在单光子层面，而是利用光的高阶相关特性来实现成像。虽然可以突破云雾等干扰，但成像过程仍然比较复杂和漫长，实用性还有待开发。很难称之为量子成像。目前单光子量子雷达技术的突破是多年技术积累的结果。目前我国在量子雷达领域仅处于技术先进水平，尚未处于领先地位。

近年来，随着量子信息技术的快速发展，量子雷达技术迎来了新的研究高潮，瞄准了在反隐身探测、电子抗干扰等领域的应用潜力。当前量子雷达研究在量子纠缠雷达、量子增强雷达和量子衍生雷达三个子方向进展迅速。

六、 未来量子雷达的研发趋势

目前，量子雷达的工作系统、目标检测和成像等许多力学问题仍不清楚。相关理论、技术和系统的研究方兴未艾。从理论研究成果到实际系统应用还有很长的路要走。其未来的研发趋势主要包括以下四点。

微观量子态制备与检测

量子雷达发射和接收系统的设计是量子雷达系统设计的核心。其中，微观量子态的制备和检测，特别是纠缠态的制备和检测，是发射和接收系统研究的主要问题。

此外，虽然量子纠缠的产生和检测的理论研究已经相当完善，但可见光附近频段的纠缠光子态可以在实验室制备和检测。然而，微波或其他频段量子态的生成和检测仍然是一个具有挑战性的问题。可以预见，结合超材料技术有望解决这一重要问题。

获取量子系统信息

从量子雷达的基本定义和工作原理可以看出，探测信号产生、雷达与目标相互作用、目标回波探测等过程都应该被视为对量子系统的操作。因此，量子信息处理的原理和方法也会与传统的有所不同。信号处理方法有很大不同。

与经典统计信号处理理论相对应，需要研究量子系统状态估计与检测理论，为量子雷达目标信息获取提供重要理论支撑。

研究量子雷达目标特征

雷达目标特征是雷达探测获取目标信息的基础，对雷达设计也具有很大的实际指导价值。

在量子雷达相关技术中，量子雷达信号与目标的相互作用机制、不同目标对信号光子态的“调制”效应、传播通道对量子态的变化效应等问题是量子雷达信号与目标相互作用的理论基础。目标检测和识别。因此，量子雷达目标散射特性的研究是量子雷达相关技术研究探索过程中不可或缺的重要内容。

微观量子操控与宏观应用之间的“接口”

量子雷达基于对电磁场量子态的操纵和控制，实现对目标的探测、测量和成像。然而，微观量子信息很难被人们直接“感知”。为了实现量子雷达技术的实际应用，需要研究微观量子信息与宏观物理量的对应关系以及如何将宏观问题转化为量子微观问题来解决。也就是说，微观量子操纵和宏观探测应用之间的“接口”是量子雷达技术。实际应用中需要解决的重要问题。

以上几个方面都具有重要的研究价值。如果取得突破，将对量子雷达的发展起到重要的推动作用。责任编辑：pj

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