新研究:量子雷達準確度比傳統提升500倍

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【大紀元2022年01月10日訊】(大紀元記者高文森編譯報導)新研究通過實驗展示了量子雷達的優勢,在特定的條件下,量子雷達探測的準確度可以達到傳統雷達的500倍。

據科技藝術網(Ars Technica)報導,傳統雷達發出輻射脈衝,通過接收從被探測物體返回的輻射信號,分析出被探測物體所在的距離和方位。

一般來說,雷達信號衰弱的程度與被探測物體所在的距離是四次方的關係。舉例來說,配有1kW發射器、天線增益係數為10的雷達,其接收器必須能感應出只有幾nW(10⁻⁹ W)功率的信號,才能探測到位於5公里遠的、大約1平方米面積的物體。

量子雷達利用量子糾纏原理,可以大幅提升接收器的敏感度。其工作原理大致是,量子雷達不把所有的光子都發射出去,而是送出糾纏光子對中的一個光子,另一個光子留在接收器原地。當被送出去的光子從探測目標返回後,它與留在原地的光子之間有著完美的匹配度,因此即使隱藏於大量的噪音信號之中,接收器也能準確地找出這些光子。換句話說,量子雷達利用量子糾纏的相干性,使敏感度得到大幅提升。

聽上去很不錯吧?可是在這份新研究之前科學家所做的實驗,用的是可見光波段的信號,量子雷達探測的準確度只比普通雷達增加了2~4倍,而且探測的距離很短,根本不值得為此費力設計複雜的量子設備。

然而,1月5日發表於《物理評論快報》(Physical Review Letters)的一份研究發現,當返回的雷達信號與噪音信號的比例低於某個臨界值的時候,傳統雷達的準確度會變得很糟糕,而此時,量子雷達的優勢得到體現。理論認為當信號是噪音四倍的時候,量子雷達的準確度可以達到傳統雷達的500倍左右。但是必須使用微波,而且需要延長脈衝。

研究人員的計算展示了用W波段(75~110 GHz)的量子雷達探測一個小型無人機的例子。使用量子雷達10ms的脈衝,探測位於100米處的無人機準確度是傳統雷達的60倍。但是探測的時間段存在很大的局限性:如果無人機位於1公里的位置,量子雷達要達到相同的準確度,脈衝必須延長到2分鐘,耽擱這麼長的時間,無人機早就飛走了。

另外,量子雷達所需的微波光子發射器的功率也有待增加。現在最強的糾纏光子發射器只作用於可見光波段,每秒最多可發射大約一百萬個光子,相當於10⁻¹⁵W,與希望達到的目標差距還很遠。

不過,微波光源設備的製造技術比可見光光源設備簡單,所以,這項技術還是具有一定的發展前景。◇

責任編輯:葉紫微

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