量子雷達的發展與應用探究

吳永剛

摘要：隨著軍事工業技術以及物理科研水平的提升，量子通信逐漸成為了現代物理學的熱門方向，通過量子技術進行雷達探測具有準確度高、保密性好的特點，因此受到了各國專家的關注，本文通過對于量子雷達的技術分析，對其關鍵技術及發展趨勢進行探究，力求為其進一步發展提供思路。

關鍵詞：量子雷達；發展；應用

1 引言

量子雷達是通過量子技術來對目標進行獲取感知與判斷的傳感器，通過采用量子通信的方式，可以有效的對被檢測物進行測量與監控，量子雷達的測量極限可以達到海森伯格極限，精度極高。量子雷達技術工程人員需要掌握現代的電子技術、對于電子系統的設計有著較高的處理效率，計算機、英語能力較強，工程經驗的價值舉足輕重。通過自動控制原理與現代控制理論的綜合應用，工程技術人員將同時具有量子雷達技術與通信技術的實踐能力，兼具創新意識和能力，成為建設國家電子信息產業的新一代工作核心和中堅力量。對于量子雷達技術的應用，通過電子信息工程可以得到很好的詮釋，這一結合給我們的科技發展、生活質量的提高帶來了極大的震動。在量子雷達的處理分析中，電磁學技術起到了舉足輕重的作用，結合實時的信息與數據，精準的、有針對性的對量子雷達進行優化分析，量子雷達技術將會是未來軍事工程的一只尖兵。量子雷達技術的更新換代是一條光明而曲折的路，在這條路上會出現很多難題與挑戰，這個任務長期而又艱巨，需要結合實際生產經驗，不斷地進行總結歸納。為實現自身的長遠發展而進行大膽革新，需要利用創新思維進行現代化建設，從而大踏步地走向高效生產的工業化目標。

2 量子雷達分析

2.1 雷達結構

通過在信號發射端和接收端引入量子增強策略，量子增強策略通過量子發射機和量子接收機實現，可以改善系統的探測性能。控制室內有很多的電位絲位于信號接入點，充進氣體之后，與計數管做比對，可以將粒子的運動狀態與位置進行分析，能夠對其運動狀態進行預測，其位置的分辨率很高，可以對其進行精確測定，漂移室根據結構特點分為多絲漂移室、均勻電場漂移室和可調電場漂移室三類。多絲室是測定在量子信號檢測中具有極為重要的作用，可以檢測粒子的雪崩效應，粒子的運動更加的可控可觀，這種技術受到了各國物理學家極為廣泛的關注，同時也為電磁學在量子雷達控制中的進一步應用打下了堅實的基礎。帶電粒子在透明介質中運動，當其速度超過光在該介質中的傳輸速度時，就會產生微弱的可見光──契倫科夫輻射光。它的輻射角與粒子速度有關，因而提供了一種測量帶電粒子速度的方法。最初其是單純的電子設備，后來IC的成功導致了其他技術的集成，從而使得其他電子設備獲得小尺寸和低成本的相同優點，這些技術包括機械裝置、光學和傳感器。

2.2 量子照明

傳統的雷達系統向空間目標發射經典電磁信號并接收散射回波實現探測，較小的量子信號加速器用于各種應用，包括用于腫瘤學的粒子靶向治療，用于醫學診斷的放射性同位素生產，用于制造半導體的離子注入機和用于測量稀有同位素如放射性碳的加速器質譜儀。目前世界各地運行的加速器已超過30，000臺。量子信號發生器有兩種基本類型：靜電加速器和電動加速器，它們的環內部束團平均橫向尺寸在幾十厘米量級。采用低溫正離子團，溫度越低越好以減少熱輻射損失，環內離子團有高占空比，平均流強高達百萬安培量級，粒子能量處于遠離相對論效應的能量區，即低能低溫等離子流。使用超導技術提供相應的FQ聚焦系統以克服空間電荷效應將等離子體束團約束。對撞區用高磁場聚焦壓縮束團橫向尺寸至幾十微米量級以提升對撞亮度，實驗發現，量子技術照明對于電磁信號具有一定的控制作用。采用量子照明技術進行通信，保密性較好。

3 量子雷達的關鍵技術及應用

3.1 非經典信號的調制

傳統雷達回波為發射電磁波在空間環境背景下與目標共同作用的結果，環境作用包含噪聲、干擾和雜波等，目標的調制由材料、形狀、姿態和運動等因素決定，可用Maxwell方程組、本構方程以及邊界條件完全刻畫。量子雷達設計通常不依賴于被動冷卻，而是要求水通過熱交換器被主動泵送，只有在量子雷達穩定運行的情況下，才能夠做好信號的控制與管理工作。目標調制的物理過程可表現為振蕩電磁場照射目標產生表面電流，表面電流激發空間散射電磁場形成回波信號；散射場的畸變或其他成分電磁場的疊加即表現為環境作用。

3.2 非經典信號的檢測

糾纏信號檢測的核心內容是單光子探測和糾纏檢測。單光子探測廣泛應用于光子計數成像領域，信號微弱到以離散光子的形式存在，是微弱信號檢測的極端情況。對于糾纏光子的探測，可使用單光子探測技術。光電倍增管和雪崩光電二極管等單光子探測器為糾纏光子的檢測提供了可能，由于在這些磁場中，顆粒可以多次通過相同的加速場，所以輸出能量不受加速場強度的限制，這種機器是大多數現代大型加速器的基礎。近年來發展起來的超導探測器在單光子檢測方面同樣具有可觀的潛力。

4 總結

安全高效的量子加密通信技術可以讓雷達探測有條不紊進行，而且人們也更加地依賴于利用量子技術。但是在一定程度上，過度依靠其也不完美，如果出現故障，那么將會使通信陷入大癱瘓之中。而且對于人員的要求也很高，要及時對量子雷達系統加以維護，防止因為故障而影響到設備和人員的安全。

參考文獻：

[1]李旭，聶敏，楊光，裴昌幸.基于糾纏的量子雷達生存性策略及性能仿真[J].光子學報.2015（11）

[2]肖懷鐵，劉康，范紅旗.量子雷達及其目標探測性能綜述[J].國防科技大學學報.2014（06）

[3]徐世龍，胡以華，趙楠翔，王陽陽，李樂，郭力仁.金屬目標原子晶格結構對其量子雷達散射截面的影響[J].物理學報.2015（15）endprint