量子雷达：洞察未来战场的“千里眼”

张　文　张乃千

量子雷达：洞察未来战场的“千里眼”

张文张乃千

继我国自主研制的世界首颗量子科学试验卫星“墨子号”成功发射后，我国科学家又在量子科学领域取得新进展。近日，由电子科技集团第14研究所领衔研制的量子雷达取得重要进展。

量子雷达是基于量子力学基本原理，主要依靠收发量子信号实现目标探测的一种新型雷达体制。量子雷达具有探测距离远、可识别和分辨隐身平台及武器系统等突出特点，未来可进一步应用于导弹防御和空间探测，具有极其广阔的应用前景。作为洞察未来战场的“千里眼”，量子雷达技术势必掀起各军事强国变革雷达技术的时代潮流。

中国首颗量子科学实验卫星发射升空

古稀之年，雷达渐遇技术瓶颈

自1934年美国海军研究实验室开发出首部脉冲雷达以来，世界各国竞相发展雷达技术，经历了70余年的探索、改进和完善之路。但随着隐身技术和电子干扰技术的迅速发展，具有较高隐身能力的隐形飞机逐渐“飞入寻常百姓家”。美国的B-2“幽灵”战略轰炸机、F-22“猛禽”战斗机和F-35“闪电II”战斗机以及俄罗斯的T-50战斗机都具备极强的战场隐身能力。

隐形飞机主要通过波束控制手段和采用隐身涂料来降低雷达对飞机的探测能力。一方面可采用边缘平行、武器系统内置、减少平面和棱角等方式，另一方面可通过吸波材料吸收雷达照射的电磁波，从而使隐形飞机如同鸟儿一般隐藏在茫茫空天之中。传统雷达不仅会因雷达探测回波减少而探测不到有效信号，更有可能因遭受虚假信号的干扰而产生误判。

为提高雷达精确度、获取高质量图像，传统雷达信号载波向极窄脉冲发展。但受制于经典电磁波理论限制，传统雷达在探测隐身目标、对抗干扰和诱饵方面遇到了技术瓶颈，在面对隐形战机时常常变成“睁眼瞎”。提升雷达针对隐身平台和其他目标的探测、识别以及分析鉴别能力，研制可探测隐形飞机的新一代雷达成为各军事大国加强防空力量的当务之急。目前较为常见的隐形战机探测方法包括无源探测雷达、米波雷达和双基地雷达等。

将量子信息调制到雷达信号中，实现通过收发量子信号对目标进行探测的量子传感器，就是量子雷达。量子雷达可探测、识别和分辨射频隐身平台及武器系统，具有广泛的应用前景。目前的量子雷达系统主要包括利用单个光子照射目标的单光子量子雷达和发射量子态光子的纠缠态光子量子雷达。相比于单光子量子雷达，纠缠态光子量子雷达利用量子纠缠技术实现目标反射光子与雷达内部光子测量对比，具有分辨率更高、有效探测距离更远和隐身目标识别精确度高等优势。

美军新一代隐形战斗机F-22和F-35已经形成战斗力

道高一丈，隐形战机“克星”将至

量子雷达是一种利用量子现象进行目标状态感知和信息获取的特殊传感设备。量子雷达涉及到量子探测机理、目标散射特性研究等相关内容，可利用量子纠缠态进一步提升探测灵敏度，有望解决传统雷达存在的一系列问题。

随着激光技术的迅速发展，早在1995年，美国马里兰大学就首次完成了被称为“鬼成像”的量子成像实验。目前，量子雷达技术仍处于研究和探索阶段。美国国防部高级研究计划局先后提出了开展量子雷达研究的“量子传感器计划”和“量子辅助传感和读出”项目，对量子雷达的增强技术进行了有效探索。此外，美国麻省理工、NASA、海军实验室、空军实验室等机构都相继开展了量子雷达的研究工作。

2012年，在美国国防部高级研究计划局“单光量子信息”项目资助下，美国罗切斯特大学开发出了抗干扰量子雷达。该雷达利用偏振光子量子特性在接触物体后发生改变这一原理，可轻易对隐身目标进行探测和成像。到2014年，美国陆军研究实验室开展了可穿透烟雾和热浪的量子成像传感器的研究，并取得了“用于图像增强和改进的系统与方法”的创新技术专利，将进一步推动量子雷达成像系统的发展。

量子雷达是基于量子力学研制的新型成像系统，已经登上了目前侦察探测领域的技术最高点。目前已经研制出百千米探测的试验样机，其探测灵敏度相对于传统雷达得到大幅度提升。量子雷达的核心是连接微波与光波的双腔转换器。目前，研究人员已经利用纳米振荡器实现微波与光波的耦合，可在信号传输过程中产生微波与光波的纠缠，并将探测目标返回信号从微波转换为光波。英国约克大学研究的量子雷达混合系统，可利用微波与光束之间的量子相关性进行目标探测，运行功耗比传统系统明显降低，不仅可用于目标探测，更在生物医学等领域具有广泛的应用前景。

随着量子雷达技术发展不断成熟，未来部署到地面和水面作战舰艇的量子雷达，可对几乎所有的空中目标进行探测，并可持续跟踪目标的轨迹和行踪，将依靠其强大的反隐身技能成为隐形战机的“克星”。装备了量子雷达的作战飞机，相当于拥有了一双战场“远视眼”，可实现对极远距离目标的提前打击，作战潜力惊人。

量子模拟实验室工作人员正在调试超冷原子光晶格平台的激光伺服系统

初步研究结果表明，通过量子纠缠特性，可以增强量子雷达对目标的探测能力

火眼金睛，量子颠覆未来战争

事实上，即使是最先进的隐形战斗机，也不可能在雷达面前消失的无影无踪。传统雷达采用低频段探测、增大功率口径和驻留时间等方式，以提升针对隐身目标的检测能力。相比于传统雷达，量子雷达可以利用量子纠缠提高探测灵敏度，对复杂环境下小目标具有更好地探测能力，可在高背景噪声中识别出远距离微小信号。即使隐形战机企图拦截量子雷达信号并发送虚假信号进行伪装，量子雷达也可轻易发现欺骗过程和敌方的干扰行动，并对目标飞机行踪做出准确判断，是当之无愧的战场“火眼金睛”。

量子雷达的出现，可最大限度避免战机逃避有效侦察和跟踪。采用量子纠缠态探测目标的量子雷达，可使雷达回波信噪比得到显著改善，进一步全面提升雷达的探测性能。引入了量子计量技术的干涉型量子雷达，可依靠高度纠缠的量子态对目标参数进行测量，灵敏度极高，可充分提升雷达测距、测角和成像分辨率。

鉴于量子雷达强大的反隐身和抗干扰能力，目前美国海军和陆军都进行了大量的量子雷达研究工作。据估算，仅装备了单光子量子雷达制导的超远程空空导弹的作战飞机，攻击距离就可以提升至几千千米之外，实现超视距作战向千千米量级的非接触式战争转变。同时，由于对电磁波的依赖大为减少，量子雷达可有效避开利用探测电磁波开展工作的反辐射导弹攻击，将进一步改变现有导弹的作战机理和作战模式，促使战场作战形态向“量子化”转变。

量子雷达目前遇到的主要技术难题是量子信息的调制与解调。微波粒子量子态的纠缠特性、相干性以及携带量子态信息载体的能量微弱性，都进一步增加了量子信息传输和处理的难度。实现量子信息高效、稳定地空间无线传输，着力提升量子雷达的实际工程化水平，是仍需深入研究的问题。

未来，利用量子成像传感器进行战场观测，可有效消除现有技术对成像产生的干扰，并滤过大气气流等干扰因素，可形成普通摄像机无法直接获得的战场图像。基于量子雷达技术的地面固定雷达，机动和舰载雷达以及机载、弹载雷达将“全面开花”，在战略预警、区域防空和空中侦察以及精确打击中得到广泛应用，成为未来战争的“颠覆者”。

摘自2016年9月22日《解放军报》

责任编辑：彭振忠