量子雷達：洞察未來戰場的“千里眼”

張　文　張乃千

量子雷達：洞察未來戰場的“千里眼”

張文張乃千

繼我國自主研制的世界首顆量子科學試驗衛星“墨子號”成功發射后，我國科學家又在量子科學領域取得新進展。近日，由電子科技集團第14研究所領銜研制的量子雷達取得重要進展。

量子雷達是基于量子力學基本原理，主要依靠收發量子信號實現目標探測的一種新型雷達體制。量子雷達具有探測距離遠、可識別和分辨隱身平臺及武器系統等突出特點，未來可進一步應用于導彈防御和空間探測，具有極其廣闊的應用前景。作為洞察未來戰場的“千里眼”，量子雷達技術勢必掀起各軍事強國變革雷達技術的時代潮流。

中國首顆量子科學實驗衛星發射升空

古稀之年，雷達漸遇技術瓶頸

自1934年美國海軍研究實驗室開發出首部脈沖雷達以來，世界各國競相發展雷達技術，經歷了70余年的探索、改進和完善之路。但隨著隱身技術和電子干擾技術的迅速發展，具有較高隱身能力的隱形飛機逐漸“飛入尋常百姓家”。美國的B-2“幽靈”戰略轟炸機、F-22“猛禽”戰斗機和F-35“閃電II”戰斗機以及俄羅斯的T-50戰斗機都具備極強的戰場隱身能力。

隱形飛機主要通過波束控制手段和采用隱身涂料來降低雷達對飛機的探測能力。一方面可采用邊緣平行、武器系統內置、減少平面和棱角等方式，另一方面可通過吸波材料吸收雷達照射的電磁波，從而使隱形飛機如同鳥兒一般隱藏在茫茫空天之中。傳統雷達不僅會因雷達探測回波減少而探測不到有效信號，更有可能因遭受虛假信號的干擾而產生誤判。

為提高雷達精確度、獲取高質量圖像，傳統雷達信號載波向極窄脈沖發展。但受制于經典電磁波理論限制，傳統雷達在探測隱身目標、對抗干擾和誘餌方面遇到了技術瓶頸，在面對隱形戰機時常常變成“睜眼瞎”。提升雷達針對隱身平臺和其他目標的探測、識別以及分析鑒別能力，研制可探測隱形飛機的新一代雷達成為各軍事大國加強防空力量的當務之急。目前較為常見的隱形戰機探測方法包括無源探測雷達、米波雷達和雙基地雷達等。

將量子信息調制到雷達信號中，實現通過收發量子信號對目標進行探測的量子傳感器，就是量子雷達。量子雷達可探測、識別和分辨射頻隱身平臺及武器系統，具有廣泛的應用前景。目前的量子雷達系統主要包括利用單個光子照射目標的單光子量子雷達和發射量子態光子的糾纏態光子量子雷達。相比于單光子量子雷達，糾纏態光子量子雷達利用量子糾纏技術實現目標反射光子與雷達內部光子測量對比，具有分辨率更高、有效探測距離更遠和隱身目標識別精確度高等優勢。

美軍新一代隱形戰斗機F-22和F-35已經形成戰斗力

道高一丈，隱形戰機“克星”將至

量子雷達是一種利用量子現象進行目標狀態感知和信息獲取的特殊傳感設備。量子雷達涉及到量子探測機理、目標散射特性研究等相關內容，可利用量子糾纏態進一步提升探測靈敏度，有望解決傳統雷達存在的一系列問題。

隨著激光技術的迅速發展，早在1995年，美國馬里蘭大學就首次完成了被稱為“鬼成像”的量子成像實驗。目前，量子雷達技術仍處于研究和探索階段。美國國防部高級研究計劃局先后提出了開展量子雷達研究的“量子傳感器計劃”和“量子輔助傳感和讀出”項目，對量子雷達的增強技術進行了有效探索。此外，美國麻省理工、NASA、海軍實驗室、空軍實驗室等機構都相繼開展了量子雷達的研究工作。

2012年，在美國國防部高級研究計劃局“單光量子信息”項目資助下，美國羅切斯特大學開發出了抗干擾量子雷達。該雷達利用偏振光子量子特性在接觸物體后發生改變這一原理，可輕易對隱身目標進行探測和成像。到2014年，美國陸軍研究實驗室開展了可穿透煙霧和熱浪的量子成像傳感器的研究，并取得了“用于圖像增強和改進的系統與方法”的創新技術專利，將進一步推動量子雷達成像系統的發展。

量子雷達是基于量子力學研制的新型成像系統，已經登上了目前偵察探測領域的技術最高點。目前已經研制出百千米探測的試驗樣機，其探測靈敏度相對于傳統雷達得到大幅度提升。量子雷達的核心是連接微波與光波的雙腔轉換器。目前，研究人員已經利用納米振蕩器實現微波與光波的耦合，可在信號傳輸過程中產生微波與光波的糾纏，并將探測目標返回信號從微波轉換為光波。英國約克大學研究的量子雷達混合系統，可利用微波與光束之間的量子相關性進行目標探測，運行功耗比傳統系統明顯降低，不僅可用于目標探測，更在生物醫學等領域具有廣泛的應用前景。

隨著量子雷達技術發展不斷成熟，未來部署到地面和水面作戰艦艇的量子雷達，可對幾乎所有的空中目標進行探測，并可持續跟蹤目標的軌跡和行蹤，將依靠其強大的反隱身技能成為隱形戰機的“克星”。裝備了量子雷達的作戰飛機，相當于擁有了一雙戰場“遠視眼”，可實現對極遠距離目標的提前打擊，作戰潛力驚人。

量子模擬實驗室工作人員正在調試超冷原子光晶格平臺的激光伺服系統

初步研究結果表明，通過量子糾纏特性，可以增強量子雷達對目標的探測能力

火眼金睛，量子顛覆未來戰爭

事實上，即使是最先進的隱形戰斗機，也不可能在雷達面前消失的無影無蹤。傳統雷達采用低頻段探測、增大功率口徑和駐留時間等方式，以提升針對隱身目標的檢測能力。相比于傳統雷達，量子雷達可以利用量子糾纏提高探測靈敏度，對復雜環境下小目標具有更好地探測能力，可在高背景噪聲中識別出遠距離微小信號。即使隱形戰機企圖攔截量子雷達信號并發送虛假信號進行偽裝，量子雷達也可輕易發現欺騙過程和敵方的干擾行動，并對目標飛機行蹤做出準確判斷，是當之無愧的戰場“火眼金睛”。

量子雷達的出現，可最大限度避免戰機逃避有效偵察和跟蹤。采用量子糾纏態探測目標的量子雷達，可使雷達回波信噪比得到顯著改善，進一步全面提升雷達的探測性能。引入了量子計量技術的干涉型量子雷達，可依靠高度糾纏的量子態對目標參數進行測量，靈敏度極高，可充分提升雷達測距、測角和成像分辨率。

鑒于量子雷達強大的反隱身和抗干擾能力，目前美國海軍和陸軍都進行了大量的量子雷達研究工作。據估算，僅裝備了單光子量子雷達制導的超遠程空空導彈的作戰飛機，攻擊距離就可以提升至幾千千米之外，實現超視距作戰向千千米量級的非接觸式戰爭轉變。同時，由于對電磁波的依賴大為減少，量子雷達可有效避開利用探測電磁波開展工作的反輻射導彈攻擊，將進一步改變現有導彈的作戰機理和作戰模式，促使戰場作戰形態向“量子化”轉變。

量子雷達目前遇到的主要技術難題是量子信息的調制與解調。微波粒子量子態的糾纏特性、相干性以及攜帶量子態信息載體的能量微弱性，都進一步增加了量子信息傳輸和處理的難度。實現量子信息高效、穩定地空間無線傳輸，著力提升量子雷達的實際工程化水平，是仍需深入研究的問題。

未來，利用量子成像傳感器進行戰場觀測，可有效消除現有技術對成像產生的干擾，并濾過大氣氣流等干擾因素，可形成普通攝像機無法直接獲得的戰場圖像。基于量子雷達技術的地面固定雷達，機動和艦載雷達以及機載、彈載雷達將“全面開花”，在戰略預警、區域防空和空中偵察以及精確打擊中得到廣泛應用，成為未來戰爭的“顛覆者”。

摘自2016年9月22日《解放軍報》

責任編輯：彭振忠