上月，中國電科首部基于單光子檢測的量子雷達(dá)系統(tǒng)在14所研制成功，達(dá)到國際先進(jìn)水平。該量子雷達(dá)系統(tǒng)由中國電科14所智能感知技術(shù)重點實驗室研制，在中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、中國電科27所以及南京大學(xué)等協(xié)作單位的共同努力下，經(jīng)過不懈的努力，完成了量子探測機理、目標(biāo)散射特性研究以及量子探測原理的實驗驗證，并且在外場完成真實大氣環(huán)境下目標(biāo)探測試驗，獲得百公里級探測威力，探測靈敏度極大提高，指標(biāo)均達(dá)到預(yù)期效果，取得階段性重大研究進(jìn)展與成果。

　　國內(nèi)科研團隊相繼在量子通信和量子計算上取得技術(shù)突破后，中國在量子雷達(dá)領(lǐng)域再下一城。那么，和經(jīng)典雷達(dá)相比量子雷達(dá)又有何特殊之處呢？

量子雷達(dá)團隊外場合影

　　量子雷達(dá)不是對經(jīng)典雷達(dá)的顛覆

　　雷達(dá)最早在二戰(zhàn)期間得到大規(guī)模應(yīng)用，特別是在不列顛空戰(zhàn)中，英國皇家空軍依靠雷達(dá)的輔助對德國空軍造成較大殺傷。當(dāng)時的雷達(dá)單純利用發(fā)射的電磁波信號，經(jīng)過目標(biāo)表面散射后，通過判斷接收信號的能量，來識別、判斷目標(biāo)。不過，這種雷達(dá)的信息載體只能通過信號的絕對幅度或幅度的變化來體現(xiàn)，檢測機理就是簡單的能量檢測，無法區(qū)分雜波和目標(biāo)，分不清在空中飛舞的錫箔條和真正的戰(zhàn)機，信息利用方式單一，因此，應(yīng)用領(lǐng)域受到較大的限制。

　　隨著技術(shù)的發(fā)展，雷達(dá)也不斷發(fā)生變化，從單純利用信號的強度信息，演化為綜合利用電磁信號的頻率和相位信息，即電磁場的二階特性。通過發(fā)射電磁波二階特性的應(yīng)用，在調(diào)制方式上，出現(xiàn)了線性調(diào)頻、相位編碼和捷變頻等復(fù)雜信號形式，這些信號形式有效解決了傳統(tǒng)雷達(dá)時寬與帶寬的矛盾，并提升雷達(dá)抗干擾、抗雜波的能力。在檢測技術(shù)上，催生了動目標(biāo)檢測技術(shù)、空時自適應(yīng)處理技術(shù)和脈沖多普勒體制，這些技術(shù)利用目標(biāo)和雜波在多普勒域上的差異，實現(xiàn)雜波中運動目標(biāo)的有效檢測，提升雷達(dá)抗雜波能力。

　　量子雷達(dá)則是將量子信息技術(shù)引入經(jīng)典雷達(dá)探測領(lǐng)域，解決經(jīng)典雷達(dá)在探測、測量和成像等方面的技術(shù)瓶頸，提升雷達(dá)的綜合性能。量子雷達(dá)屬于一種新概念雷達(dá)，首要應(yīng)用是實現(xiàn)目標(biāo)有無的探測，在此基礎(chǔ)上可以進(jìn)一步擴展應(yīng)用領(lǐng)域，包括量子成像雷達(dá)、量子測距雷達(dá)和量子導(dǎo)航雷達(dá)等，從本質(zhì)上來說，量子雷達(dá)并沒有脫離經(jīng)典雷達(dá)探測的框架體系，只是在利用量子理論進(jìn)行系統(tǒng)分析時，對雷達(dá)中一些概念和物理現(xiàn)象，如接收機噪聲等，具有全新的、更準(zhǔn)確的理解。在此基礎(chǔ)上，量子雷達(dá)從信息調(diào)制載體和檢測處理等方面入手，提升雷達(dá)的性能。總體而言，量子雷達(dá)是對經(jīng)典雷達(dá)理論的更新和補充，而不是顛覆和取代。

　　量子雷達(dá)的分類

　　根據(jù)利用量子現(xiàn)象和光子發(fā)射機制的不同，量子雷達(dá)主要可以分為以下3個類別：

　　一是量子雷達(dá)發(fā)射非糾纏的量子態(tài)電磁波。發(fā)射機發(fā)射單光子脈沖探詢目標(biāo)可能存在的區(qū)域，如果目標(biāo)存在，則信號光子將會以一定的概率返回至接收機處，通過對返回光子狀態(tài)的測量可以提取出目標(biāo)信息。

　　二是量子雷達(dá)發(fā)射糾纏的量子態(tài)電磁波。其探測過程為利用泵浦光子穿過（BBO）晶體，通過參量下轉(zhuǎn)換產(chǎn)生大量糾纏光子對，各糾纏光子對之間的偏振態(tài)彼此正交，將糾纏的光子對分為探測光子和成像光子，成像光子保留在量子存儲器中，探測光子由發(fā)射機發(fā)射經(jīng)目標(biāo)反射后，被量子雷達(dá)接收，根據(jù)探測光子和成像光子的糾纏關(guān)聯(lián)可提高雷達(dá)的探測性能。與不采用糾纏的量子雷達(dá)相比，采用糾纏的量子雷達(dá)分辨率以二次方速率提高。

　　三是雷達(dá)發(fā)射經(jīng)典態(tài)的電磁波。在接收機處使用量子增強檢測技術(shù)以提升雷達(dá)系統(tǒng)的性能，目前，該技術(shù)在激光雷達(dá)技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用。中電14所實際上應(yīng)用的是上述三種模式中的一種。

　　量子雷達(dá)的技術(shù)優(yōu)勢　　

　　目前，經(jīng)典雷達(dá)存在一些缺點，一是發(fā)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；四是信號處理復(fù)雜，實時性弱。針對經(jīng)典雷達(dá)存在的技術(shù)難點，量子信息技術(shù)均存在一定的技術(shù)優(yōu)勢，可以通過與經(jīng)典雷達(dá)相結(jié)合，提升雷達(dá)的探測性能。

　　首先，量子信息技術(shù)中的信息載體為單個量子，信號的產(chǎn)生、調(diào)制和接收、檢測的對象均為單個量子，因此整個接收系統(tǒng)具有極高的靈敏度，即量子接收系統(tǒng)的噪聲基底極低，相比經(jīng)典雷達(dá)的接收機，噪聲基底能夠降低若干個數(shù)量級。再忽略工作頻段、雜波和動態(tài)范圍等實現(xiàn)因素，則雷達(dá)作用距離可以大幅提升數(shù)倍甚至數(shù)十倍。從而大大提升雷達(dá)對于微弱目標(biāo)，甚至隱身目標(biāo)的探測能力。

　　其次，量子信息技術(shù)中的調(diào)制對象為量子態(tài)，相比較經(jīng)典雷達(dá)的信息調(diào)制對象，量子態(tài)可以表征量子“漲落變化”等微觀信息，具有比經(jīng)典時、頻、極化等更加高階的信息，即調(diào)制信息維度更高。從信息論角度出發(fā)，通過對高維信息的操作，可以獲取更多的性能。對于目標(biāo)探測而言，通過高階信息調(diào)制，可以在不影響積累得益的前提下，進(jìn)一步壓低噪聲基底，從而提升噪聲中微弱目標(biāo)檢測的能力；從信號分析角度出發(fā)，通過對信號進(jìn)行量子高階微觀調(diào)制，使得傳統(tǒng)信號分析方法難以準(zhǔn)確提取征收信號中調(diào)制的信息，從而提升在電子對抗環(huán)境下的抗偵聽能力。綜合而言，通過量子信息技術(shù)的引入，通過量子化接收，原理上可以有效降低接收信號中的噪聲基底功率；通過量子態(tài)調(diào)制，原理上可以增加信息處理的維度，一方面可以提升信噪比得益，另一方面可以降低發(fā)射信號被準(zhǔn)確分析和復(fù)制的可能性，從而在目標(biāo)探測和電子對抗領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用潛力。

　　處于國際先進(jìn)水平

　　據(jù)專家披露，其實相關(guān)研究已經(jīng)做了很多年，之前做的量子成像方面的工作，并沒有在單光子水平上，而是用光的高階關(guān)聯(lián)特性實現(xiàn)的成像，確實有突破云霧等的特點，但成像過程還是比較復(fù)雜的，流程也較漫長，實用性還有待發(fā)展，而且很難說叫量子成像�？梢哉f，本次實現(xiàn)的技術(shù)突破是多年技術(shù)積累的結(jié)果，并非為了追趕近期“墨子”號掀起的量子熱。

　　本次技術(shù)突破屬于量子探測領(lǐng)域，特點就是突破現(xiàn)在測量方法的經(jīng)典極限（例如光的衍射極限等），是業(yè)界比較看好的技術(shù)（誠然，也有學(xué)者對此有異議）。世界各國對此也都有研究，而且技術(shù)發(fā)展較快