基于糾纏相干態的量子照明雷達*

陶志煒 任益充 艾則孜姑麗·阿不都克熱木劉世韋 饒瑞中

1) (中國科學技術大學環境科學與光電技術學院, 合肥 230026)

2) (中國科學院合肥物質科學研究院安徽光學精密機械研究所, 大氣光學重點實驗室, 合肥 230031)

量子照明雷達旨在利用量子光場探測熱噪聲環境下低反射率目標是否存在.發射光源的糾纏特性使其較經典雷達具有獨到的探測優勢.糾纏相干態(entangled coherent state, ECS)作為一類在噪聲環境下糾纏魯棒性較強的量子態, 近年來在量子科學的多個領域得到廣泛的應用.本文研究了基于三類不同ECS態的量子照明雷達的目標探測性能, 并以雙模壓縮態(two-mode squeezed vacuum state, TMSV)和相干態作為基準對比和分析了三類ECS態糾纏度大小與其探測性能之間的關系.研究發現: 在目標為低反射率且發射光子數遠小于背景噪聲的情形下, 三類ECS態的探測性能優于相干態, 劣于TMSV態; 此外, 三類ECS態的探測性能可由其糾纏度的大小來決定.在其他照明條件下, 使用量子照明雷達進行目標探測較相干態雷達并無明顯的優勢, 三類ECS態的探測性能與TMSV態和相干態方案并無明顯聯系.

1 引 言

雷達從第二次世界大戰開始興起, 歷經幾十年的發展, 在航空、工業、氣象以及國防等領域發揮著重要的作用.傳統經典雷達受限于電磁理論的桎梏, 在靈敏度、分辨率、抗電磁干擾和隱身目標探測等方面均遇到難以突破的瓶頸, 已無法滿足日益苛刻的應用需求[1].近年來, 空間量子信息技術的迅速發展為突破……