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量子雷达:撕开战场“隐身衣”
华夏经纬网   2019-09-17 15:29:53   
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    日前,我国研究人员首次实现高纬度量子隐形传态。中国科学院院士、武汉大学校长窦贤康表示,我国首台量子激光雷达的探测性能相比西方同类设备提升3 个数量级,标志着我国在量子科技领域取得重要突破。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,广义上讲,只要是利用电磁波量子效应对感兴趣目标进行远距离探测的雷达都可看作是量子雷达。相比传统雷达,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等领域,具有广阔的应用前景。

    突破技术瓶颈

    传统雷达主要通过发射电磁脉冲并接收回波实现目标探测,然而,随着隐身技术和电子干扰技术的快速发展,这一探测手段面临挑战。近些年,以隐身战机为代表的各类隐身装备逐渐引领发展潮流。隐身战机采用波束控制手段和隐身涂料降低雷达的探测能力,甚至还会通过发布虚假信号干扰雷达探测,在与传统雷达的“斗智斗勇”中显得技高一筹。

    面对传统雷达的探测困境,量子雷达横空出世。量子雷达是将量子信息调制到雷达信号中,通过收发量子信号对目标进行探测的一种量子传感器。量子雷达可探测、识别和分辨隐身武器系统,被认为是未来最有效的反隐身手段之一。

    通常认为,量子雷达通过将量子信息技术与传统雷达进行联合互补,可以突破传统雷达在探测、测量和成像等方面的技术瓶颈,为雷达反隐身作战注入“新生命力”。不过,量子雷达并没有“跳出”传统雷达探测的框架体系,而是利用更先进的量子理论对诸如接收机噪声等物理现象进行了全新的、更准确的诠释。

    量子雷达灵敏度极高,显著提升了雷达测距、测角和成像分辨率。同时,量子雷达采用的量子芯片也大幅提升了信息处理速度、减小了系统体积,同时消耗的功率更少。

    形成发展浪潮

    自新世纪以来,随着技术的进步,各国对量子雷达的研究逐步系统化,主要围绕量子纠缠与干涉、量子照明和量子相干态接收3个方面展开。目前,量子雷达主要可分为干涉式量子雷达、接收端量子增强雷达和量子照明雷达等,也可根据发射光子数量多少分为单光子量子雷达和纠缠态光子量子雷达等。

    在量子雷达领域,以美国为首的西方国家为积极抢占军事科技制高点,相继投入大量人力物力开展相关研究。早在1995年,美国马里兰大学首次完成被称为“鬼成像”的量子成像实验,美陆军研究实验室进一步推出可“看穿”烟雾和热浪的量子成像技术,推动量子雷达成像系统的发展。2007年,美国国防部高级研究计划局启动“量子传感器项目”,旨在进一步提升量子雷达的成像分辨率。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抗干扰量子雷达,可对隐身目标进行探测和成像。

    2018年11月,第十二届中国国际航空航天博览会上,我国首部单光子检测量子雷达样机首次公开展示。此前该量子雷达系统已完成大气环境下目标探测试验,具备百公里级的探测能力。2018年底,俄罗斯首个采用量子无线电技术的试验雷达完成探测跟踪空中目标任务,标志着俄罗斯在量子雷达研究领域迎头赶上。2019年8月,奥地利研究人员宣布研制出一种量子雷达系统,可用于医学、安全和军事等用途,例如帮助医务人员在无伤害条件下研究细胞的内部组织结构。

    “透视眼”又有新进步

    目前,量子雷达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开展“量子传感器计划”和“量子辅助传感和读出”等项目,对量子雷达技术继续进行探索。同时,美国海军研究实验室、空军研究实验室等机构也相继开展量子雷达研究工作。

    随着量子雷达技术不断成熟,未来部署到地面和水面作战舰艇的量子雷达,可对几乎所有空中目标进行探测,并能持续跟踪目标轨迹和行踪。装备量子雷达的作战飞机,相当于拥有一双战场“透视眼”,可实现对极远距离目标的提前打击,作战潜力不可小觑。据估算,装备单光子量子雷达制导的超远程空空导弹,作战距离可提升至几千公里。利用量子成像传感器还可进行战场观测,有效消除现有技术对成像产生的干扰,并过滤大气气流等干扰因素,形成普通摄像机无法直接获得的战场图像。

    由于对电磁波的依赖大为减少,量子雷达可有效避开反辐射导弹的攻击,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。可以想见,基于量子雷达技术的各种雷达将在战略预警、区域防空和空中侦察以及精确打击方面得到广泛应用,成为未来战场上反隐身作战的“先行者”。(张瑷敏 中国国防报

 

责任编辑:胡光曲

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