新研究：量子雷达准确度比传统提升500倍

新研究通过实验展示了量子雷达的优势，在特定的条件下，量子雷达探测的准确度可以达到传统雷达的500倍。

雷达示意图。

据科技艺术网（Ars Technica）报道，传统雷达发出辐射脉冲，通过接收从被探测物体返回的辐射信号，分析出被探测物体所在的距离和方位。

一般来说，雷达信号衰弱的程度与被探测物体所在的距离是四次方的关系。举例来说，配有1kW发射器、天线增益系数为10的雷达，其接收器必须能感应出只有几nW（10⁻⁹ W）功率的信号，才能探测到位于5公里远的、大约1平方米面积的物体。

而量子雷达利用量子纠缠原理，可以大幅提升接收器的敏感度。其工作原理大致是，量子雷达不把所有的光子都发射出去，而是送出纠缠光子对中的一个光子，另一个光子留在接收器原地。当被送出去的光子从探测目标返回后，它与留在原地的光子之间有着完美的匹配度，因此即使隐藏于大量的噪音信号之中，接收器也能准确地找出这些光子。换句话说，量子雷达利用量子纠缠的相干性，使敏感度得到大幅提升。

听上去很不错吧?可是在这份新研究之前科学家所做的实验，用的是可见光波段的信号，量子雷达探测的准确度只比普通雷达增加了2～4倍，而且探测的距离很短，根本不值得为此费力设计复杂的量子设备。

然而，1月5日发表于《物理评论快报》（Physical Review Letters）的一份研究发现，当返回的雷达信号与噪音信号的比例低于某个临界值的时候，传统雷达的准确度会变得很糟糕，而此时，量子雷达的优势得到体现。理论认为当信号是噪音四倍的时候，量子雷达的准确度可以达到传统雷达的500倍左右。但是必须使用微波，而且需要延长脉冲。

研究人员的计算展示了用W波段（75～110 GHz）的量子雷达探测一个小型无人机的例子。使用量子雷达10ms的脉冲，探测位于100米处的无人机准确度是传统雷达的60倍。但是探测的时间段存在很大的局限性：如果无人机位于1公里的位置，量子雷达要达到相同的准确度，脉冲必须延长到2分钟，耽搁这么长的时间，无人机早就飞走了。

另外，量子雷达所需的微波光子发射器的功率也有待增加。现在最强的纠缠光子发射器只作用于可见光波段，每秒最多可发射大约一百万个光子，相当于10⁻¹⁵W，与希望达到的目标差距还很远。

不过，微波光源设备的制造技术比可见光光源设备简单，所以，这项技术还是具有一定的发展前景。