【正文】 )之外 ,還存在 超距 作用 。這決定原子的穩(wěn)定和一般問題。而延伸出的量子力學(xué)、量子光學(xué)等更成為不同的專業(yè)研究領(lǐng)域。后來的研究表明，不但能量表現(xiàn)出這種不連續(xù)的分離化性質(zhì)，其他物理量諸如角動量、自旋、電荷等也都表現(xiàn)出這種不連續(xù)的量子化現(xiàn)象。量子是現(xiàn)代物理的重要概念。2) bulky, poor mobility。要想解決上述雷達缺點還需發(fā)展新體制雷達。 進 入 21 世紀(jì)后 ， 全方位大縱深的陸?？仗祀娨惑w化作戰(zhàn)已成為必然 ，太空將成為國際軍事競爭的新的制高點 。 二 ○ 一 五 屆 畢 業(yè) 論 文 量子雷達 學(xué) 院： 信息工程學(xué)院 專 業(yè)： 通信工程 姓 名： 吳波 學(xué) 號： 20xx24040125 指導(dǎo)教師： 郭元術(shù) 完成時間： 20xx 年 6 月 15 日 二〇 一 五年 六 月 量子雷達 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 摘 要 雷達起源于 20 世紀(jì)上半葉，是一種遠距離傳感技術(shù)。 當(dāng)前雷達的缺點主要有 ： 1)發(fā)射功率大 (幾十千瓦 ) ， 電磁泄漏大 ； 2)體積大 ， 機動性差 ； 3)對抗反隱身能力差 ； 4)成像能力弱 ； 5)信號處理復(fù)雜 ， 實時性弱。據(jù)此我們想到利用電磁波的粒子特性探測目標(biāo)的思想。 3) antistealth ability is poor。最早是 M 量子一詞來自拉丁語 quantum 意為“有多少”，代表“相當(dāng)數(shù)量的某物質(zhì)”。其基本概念為所有的有形性質(zhì)是“可量子化的”。 在 20 世紀(jì)的前半期，出現(xiàn)了新的概念。 超距 作用 是 物理學(xué)歷史上 出現(xiàn) 的一種觀點。這種修正了的超距作用觀點在說明某些現(xiàn)象時與場作用觀點是等效的；但是 ,在說明另一些現(xiàn)象 ,特別是 正反粒子的 湮沒 時 顯得 牽強附會 。 量子糾纏的發(fā)展 量子雷達 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第 2 頁 共 25 頁 量子糾纏是量子力學(xué)不同于經(jīng)典物理最不可思議，最奇妙的特性。同年愛因斯坦（ A. Einstein）和波多爾斯基（ B. Podolsky） 還有羅森（ N. Rosen）一起發(fā)表的 EPR 論文包含了糾纏的想法。對于兩個分離開的沒有任何直接聯(lián)系的兩個系統(tǒng)，對其中一個系統(tǒng)中的一個物理量的測量不會對另外一個系統(tǒng)的物理量描述產(chǎn)生改變，即不存在超越距離的作用。這對雙原子稱作粒子 A 和 B,他們具有 1/2 自旋 ,總自旋為零。由此得出玻姆的設(shè)想包含了量子糾纏 , 沒有互 相作用的兩個系統(tǒng)，它們之間還是存在一定的聯(lián)系。貝爾不等式是一個自旋相關(guān)度的不等式。這個態(tài)叫做 GHZ 態(tài)并且他們得出了 GHZ 定理。 1990 年 David Mermin 證明 ,隨著量子糾纏態(tài)中粒子數(shù)的增 加，經(jīng)典關(guān)聯(lián)和量子關(guān)聯(lián)會越來越大 ,違背的 Bell 不等式的程度也會越來越大。 雷達的發(fā)展 1934 年，美國海軍研究實驗 室開發(fā)了世界上首部脈沖雷達，可實現(xiàn)目標(biāo)探測并估算目標(biāo)距離。自此之后，雷達在現(xiàn)代戰(zhàn)場上和民用領(lǐng)域獲得了廣泛發(fā)展。 當(dāng)前雷達系統(tǒng)的性能亟待改進，對隱身平臺及其他目標(biāo)的探測概率、識別與鑒別能力亟待提高。 從本質(zhì)上來說，量子雷達并沒有脫離經(jīng)典雷達探測的理論體系，只是在利用量子理論進行系統(tǒng)分析時，對雷達中一些概念和物理現(xiàn)象，如“接收機噪聲”等，具有全新的，更準(zhǔn)確的理解。相比較而言，一方面，量子雷達將雷達探測發(fā)射信息的調(diào)制維度，由電磁場宏觀的空、時、頻特征，推廣至可以表征“微觀粒子相關(guān)關(guān)系”的量子態(tài)特征，對傳統(tǒng)雷達探測的信息維度進行擴充另一方面，量子雷達將雷達探測接收信號的檢測極限，由宏觀電磁場能量檢測的靈敏度，擴展為微觀量子檢測的“暗計數(shù)”。 20xx 年 ,美國羅切斯特大學(xué) 光學(xué)研究所的研究團隊成功研發(fā)出一種抗干擾的量子雷達，這種雷達利用光子的量子特性來對目標(biāo)進行成像，由于任何物體在接收到光子信號之后都會改變其量子特性，所以這種雷達能輕易探測到 隱形飛機 ，而且?guī)缀跏遣豢杀桓蓴_的。 如果一架 雷達 隱形的飛機試圖攔截這些光子并重新發(fā)送虛假信號，雷達回波僅相當(dāng) 于一只鳥的面積就可以掩蓋自身的真實位置，但量子雷達在這一欺騙過程中也發(fā)現(xiàn)了敵方飛機的蹤跡。 研究人員計劃將來用該技術(shù)于識別 隱身 作戰(zhàn)飛機，當(dāng)截獲到敵方防空雷達信號時，將信號的量子特征進行修改，并自動形成一只鳥的信號發(fā)送往敵方雷達，這樣似乎可以達到傳統(tǒng)的隱身目的，但新型量子雷達卻很容易揭穿這一詭計。 量子雷達 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第 1 頁 共 25 頁 第二章 量子雷達技術(shù) 電磁波的量子特性 電磁波的量子特性分析 實踐證明 : 微觀世界遵循量子力學(xué)原理。而測量電磁波的粒子性可以獲得信號的動量和位移 ,它們具有信息的空間序列特性 , 作為提取圖像信息具有天然的優(yōu)越性。這使得利用電磁波的粒子特性傳遞信息有實際可參考的例子。2] 。從以上分析可以看出 ,人類大腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有量子計算的特點。需要說明的是 ,人腦成像利用的是光的量子特性。量子雷達完全可以模擬人類的成像系統(tǒng) 。根據(jù)以上原理 ,量子雷達的探測信號 ,是原子的電子從一個能級躍遷到另一個能級時 ,所發(fā)出的電磁波 ,具有特定的狀態(tài) 。目前 ,電磁波與電子自旋狀態(tài)之間的關(guān)系還需進一步研究 。 。 ............... 。 編 碼采用量子避錯碼。目前已經(jīng)在核磁共振中演示了糾相位錯的三比特 [5]和兩比特 [6]糾錯碼。通過反射腔使激光放大 ,從而達到接收并放大信號的目的。 （ 1） 量子信息調(diào)制技術(shù) 如圖 3 所示， 量子信息調(diào)制技術(shù)包括：量子信息編碼，量子信息調(diào)制 ， 量子信號發(fā)射 。 不久的將來就會獲得重大突破 。 對量子信息編碼來說，微觀粒子的狀態(tài)空間是ｎ維的 Hilbert 空間 。 目前已獲得了幾種最重要的量子編碼方案： 1） 量子糾錯碼； 2） 量子防錯碼； 3）量子避錯碼 。 從光吸收過程的選擇定則可以知道，相反的過程，即發(fā)光的過程載流子的自旋極化會反映到發(fā)光的偏振度中 。 一般說來，如果調(diào)制器的工作方式就是一種所謂的幺正操作，則器件對量子狀態(tài)的改變是“透明的”，能夠通過解調(diào)器（另一種幺正操作）確定其相應(yīng)的變化 。 由此可以得到通信領(lǐng)域的一個猜想：任何兩個物質(zhì)系統(tǒng)之間至少存在一條不失真的單光子信道 。 （ 2） 量子信息解調(diào)技 術(shù) 如圖 4 所示， 量子信息解調(diào)技術(shù)包括：量子信息解調(diào)，量子信息譯碼 。 但是這種“守恒”狀態(tài)有一定的“壽命”，所以必須在一定時間內(nèi)完成發(fā)射和接收 。 目前，實驗上主要是通過光學(xué)方法或電學(xué)方法來探測自旋極化 。 量子信息譯碼 由于微觀粒子的狀態(tài)極易改變，量子編譯碼主要涉及如何糾錯問題 。 如果是常規(guī)計算機，則量子信息解調(diào)后還需進行所謂的格式轉(zhuǎn)換，這樣會失去量子計算的優(yōu)勢 。 這個解調(diào)矩陣?yán)媒邮盏降男盘柌粩喔聰?shù)據(jù) 。當(dāng)前量子信息處理技術(shù)是通過構(gòu)造量子算法和量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)而獲得一定的應(yīng)用 。 量子雷達 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第 7 頁 共 25 頁 第三章 量子糾纏及其在量子雷達中的應(yīng)用 量子糾纏詳解 量子糾纏 [8]是粒子在由兩個或兩個以上粒子組成系統(tǒng)中相互影響的現(xiàn)象，雖然粒子在空間上可能分開。 在物理學(xué)中，量子糾纏是指存在這樣一些態(tài) :一、 A,B,C，?，在 t 1 2 012 ( x x x )( x , x ) e x p ip dph?????????? ????? （ 1） 時，這些態(tài)之間不存在任何相互作用； 二、當(dāng) t 1 2 012 ( x x x )( x , x ) e x p ip dph?????????? ????? （ 2） 時，它們的狀態(tài)由 Hilbert 空間 HA， HB， HC..，中的矢量 | Ψ(t)A,| Ψ(t)B， | Ψ(t)C,…所描述，由 A， B， C 空間構(gòu)成的量子系統(tǒng) ABC 則由 Hilbert 空間 HABC...=HA HB HC...中矢量 | Ψ(t)A， | Ψ(t)B， | Ψ(t)C 所描述，則這樣的態(tài)被稱為比 Hilbert 空間的直積態(tài)。例如在雙光子糾纏態(tài)中，向左（或向右）運動的光子既非左旋，也非右旋，既無所謂的 x 偏振，也無所謂的 y偏振，實際上無論自旋或其投影，在測量之前并不存在。 糾纏狀態(tài)所糾纏的粒子數(shù)量越多，對經(jīng)典物理學(xué)的偏離越明顯，獲得有用量子效應(yīng)的機會就越大。對于多體糾纏度的描述的研究到目前為止仍沒有得到真正的解決，人們?nèi)晕捶艞墝ふ乙环N物理意義上更為鮮明、簡單、易于求解的糾纏度的描述。所以，在量子信息領(lǐng)域中，糾 量子雷達 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第 8 頁 共 25 頁 纏通常被看作是非局域的“ 信息源 ”。量子糾纏并非信息傳遞，事實上信息不可能從一個 粒子 傳到另一個粒子。 糾纏態(tài) 之間的關(guān)聯(lián)不能被經(jīng)典地解釋。威絲曼（ Howard Wiseman ） [9]教授和東京大學(xué)進行合作，通過一系列研究得出結(jié)論證明愛因斯坦關(guān)于“ 量子 糾纏”現(xiàn)象理論可能是錯誤的。然而，受實驗條件限制和不可避免的環(huán)境噪聲的影響，制備出來的糾纏態(tài)并非都是最大糾纏態(tài) :另一方面，純糾纏態(tài)受環(huán)境的消相干作用也會退化成為混合態(tài) 。常見量子糾纏態(tài)應(yīng)用，例如： 量子通訊 應(yīng)用于 量子態(tài)隱形傳輸 ； 量子計算 應(yīng)用于 量子計算機 ，量子計算在實現(xiàn)技術(shù)上有嚴(yán)重的挑戰(zhàn) ,實現(xiàn)這一問題要解決另外三個問題 —— 量子算法、量子編碼、實現(xiàn)量子計算的物理體系，量子保密通訊也廣泛應(yīng)用于 量子密碼術(shù) 中。在這一點上量子信息技術(shù)類似光通信 ) 。 EPR 源 [12]產(chǎn)生 2 個糾纏粒子 a、 b 分別發(fā)給通信者 A 和通信者 B；由于糾纏粒子狀態(tài)具有非定域關(guān)聯(lián)性，當(dāng)對 a 粒子進行操作，使之狀態(tài)改變時 ,b 粒子的狀態(tài)會同時進行相應(yīng)的改變。 編碼 不同自旋態(tài)的電子進行編碼 經(jīng)典信息 編碼 編碼 編碼 激發(fā)出相應(yīng)狀態(tài)的光子 激發(fā)出相應(yīng)電子序列的運 動 經(jīng)典信息 發(fā)射波 回波 量子雷達 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝