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最新研究:量子雷达准确度比传统提升500倍
www.creaders.net | 2022-01-11 15:42:31  大纪元 | 0条评论 | 查看/发表评论
 

  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。

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  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。

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