【正文】 特性來對目標(biāo)進(jìn)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(dá)能輕易探測到 隱形飛機(jī) ，而且?guī)缀跏遣豢杀桓蓴_的。 從本質(zhì)上來說，量子雷達(dá)并沒有脫離經(jīng)典雷達(dá)探測的理論體系，只是在利用量子理論進(jìn)行系統(tǒng)分析時(shí)，對雷達(dá)中一些概念和物理現(xiàn)象，如“接收機(jī)噪聲”等，具有全新的，更準(zhǔn)確的理解。自此之后，雷達(dá)在現(xiàn)代戰(zhàn)場上和民用領(lǐng)域獲得了廣泛發(fā)展。 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。貝爾不等式是一個(gè)自旋相關(guān)度的不等式。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。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。這種修正了的超距作用觀點(diǎn)在說明某些現(xiàn)象時(shí)與場作用觀點(diǎn)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(shí) 顯得 牽強(qiáng)附會 。 在 20 世紀(jì)的前半期，出現(xiàn)了新的概念。 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)”。 3) antistealth ability is poor。 當(dāng)前雷達(dá)的缺點(diǎn)主要有 ： 1)發(fā)射功率大 (幾十千瓦 ) ， 電磁泄漏大 ； 2)體積大 ， 機(jī)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(shí)時(shí)性弱。 進(jìn) 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(diǎn) 。2) bulky, poor mobility。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。這決定原子的穩(wěn)定和一般問題。有些物理學(xué)家提出“延遲 超距作用”，認(rèn)為源對某一粒子的作用是延遲了一段時(shí)間 r/c 的 超越空間 的直接作用，其中 r 是源和粒子之間的距離， c 為真空中的光速。糾纏 (entanglement)的概念最早出現(xiàn)在薛定諤 1935 年的薛定諤貓態(tài)的論文，貓的死態(tài)或者活態(tài)和 50%的放射性原子核是否產(chǎn)生衰變放射出一個(gè)粒子相糾纏。人們對量子糾纏的研究一直沒間斷 ,1951 年玻姆（ ）研究了一個(gè)雙原子分子。 1964 年貝爾（ ）根據(jù)兩個(gè)條件定域?qū)嵲谡摵碗[變量理論導(dǎo)出了一個(gè)貝爾不等式。相對于兩個(gè)粒子 ,三個(gè)粒子 量子雷達(dá) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第 3 頁 共 25 頁 GHZ 態(tài)對定域?qū)嵲谡撚懈蟮臎_擊，進(jìn)而支持了貝爾的結(jié)論。盡管存有疑義，但雷達(dá)在“大不列顛之戰(zhàn)”中為盟軍提供了關(guān)鍵優(yōu)勢。 量子雷達(dá)是 將量子信息技術(shù)用于目標(biāo)探測的電子設(shè)備，它是將量子信息調(diào)制到雷達(dá)信號中，通過識別雷達(dá)回波信號中，單個(gè)光子的狀態(tài)信息變化而獲得目標(biāo)信息，從而完成目標(biāo)探測的電子設(shè)備。 提升雷達(dá)性能；另一方面，可以利用信號在微觀層面存在的高維度相參特性，通過量子檢測與估計(jì)理論，利用目標(biāo)信號與噪聲在高維度上差異，可以進(jìn)一步提升信號檢測的性能，甚至突破經(jīng)典檢測與估計(jì)的理論極限。馬利克 (Mehul Malik)利用該技術(shù)對遠(yuǎn)程 隱形轟炸機(jī) 進(jìn)行反射光子測試實(shí)驗(yàn)，測量反射信號的極化錯(cuò)誤率。通過測量電磁波的波動性只能獲得信號的頻率和相位 , 它們不能很好地反映出信息的空間序列特性。 2) 人類大腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有量子感應(yīng)特性 ( 對單量子脈沖有反應(yīng) ) [1amp。 目標(biāo)各個(gè)點(diǎn)的光波 (電磁波 )反射來的信號通過光學(xué)透 (眼 睛 ),并行地照射在視網(wǎng)膜上 ,視覺細(xì)胞將光信號轉(zhuǎn)化為神經(jīng)脈沖信號 , 經(jīng)視神經(jīng)束并行投射到大腦相應(yīng)的區(qū)域。例如 ,利用計(jì)數(shù)器觀察電子究竟通過雙縫衍射試驗(yàn)中的哪個(gè)縫隙 , 則電子的衍射圖像就消失了 ,即我們只要選擇了相應(yīng)的測量條件 ,就只能測得表達(dá)相應(yīng)特性 (波動性或粒子性 )的物量。如圖 1 所示 , 圖 1 發(fā)射系統(tǒng) 磁透鏡 。 相干保持態(tài)是指一類能在噪聲環(huán)境下保持穩(wěn)定的態(tài)。 量子雷達(dá)的關(guān)鍵技術(shù) 量子雷達(dá)的關(guān)鍵技術(shù)有如下幾方面：量子信息調(diào)制技術(shù)、量子信息解調(diào)技術(shù)和量子信息處理技術(shù) 。 目前最主要的問題是找到一種較容易產(chǎn)生自旋極化的方法，即要求左右旋電子運(yùn)動規(guī)律有顯著的區(qū)別；其次是如何獲得較長的自旋馳豫時(shí)間，而增加馳豫時(shí)間最主要的是減小垂直于自旋極化的噪聲磁場 。 早期的光學(xué)測量都是采用光致發(fā)光的方法 。 信號發(fā)射 由物質(zhì)的可知性給出一個(gè)公理：任何物質(zhì)系統(tǒng)的相互作用信息必定準(zhǔn)確地傳遞給周圍的觀測者 。 實(shí)際上大多數(shù)的光子都是由空穴產(chǎn)生的，因此，根據(jù)泡利不相容原理（每個(gè)原子能級（類似軌道）上只能存在兩個(gè)自旋相反的電子），有基本思想：發(fā)射完信號而形成的空穴器件作為接收器；它在一定的時(shí)間內(nèi) ，需要由相同狀態(tài)的光子激發(fā)，使“匹配”的電子回到空穴中．發(fā)射出的光子序列經(jīng)目標(biāo)反射后被接收到，其能量狀態(tài)剛好激發(fā)器件的電子由導(dǎo)帶回到禁帶上，這樣就完成了電子自旋態(tài)的識別．這里需指出的是，信道（包括目標(biāo)對光子的反射）對光子的作用（變換）可以認(rèn)為是一守恒算符，如果解調(diào)機(jī)制可看做是與其對易的算符集，則根據(jù)前述定理，回波光子狀態(tài)沒有簡并，可通過能量模式精確識別回波光子，從而完成目標(biāo)的探測 。 此外，在極低溫量子點(diǎn)系統(tǒng)中，利用 Zeeman 劈裂的兩個(gè)自旋態(tài)的能量差可以選擇性的讓處于其中一種自旋態(tài)（能量較高）的電子從量子點(diǎn)中隧穿到電極中形成電流，處于另一種自旋態(tài)的電子則因?yàn)槟芰枯^低被 Pauli 阻塞所抑制而不能隧穿到電極中形成電流，由此方法可以得到電子的自量子信息調(diào)解 量子信息譯碼 接收信號 去信息處理器 量子雷達(dá) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第 6 頁 共 25 頁 旋信息，這也是一種電學(xué)測量方法 。 因此，在信息解調(diào)時(shí)可以利用已經(jīng)接收到的信號，組成解調(diào)矩陣解調(diào)即將到來的信號 。從而理解了量子雷達(dá)的技術(shù)攻關(guān)問題。量子糾纏說明在兩個(gè)或兩個(gè)以上的穩(wěn)定粒子間，會有強(qiáng)的量子關(guān)聯(lián)。但對于兩體純態(tài)而言，它仍是兩體純態(tài)唯一合理的糾纏度定義。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。 近期，來自格里菲斯大學(xué)的霍華德因此，如何提純高品質(zhì)的量子糾纏態(tài)是量子信息研究中的重要課題。 非線性量子雷達(dá) 首先看一下利用量子糾纏技術(shù)實(shí)現(xiàn)的量子通信系統(tǒng)如圖（ 6） 所示。缺點(diǎn)是：糾纏態(tài)粒子狀態(tài)檢測困難，因此系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)相對困難；探測距離受到糾纏粒子對馳豫時(shí)間的限制。 （ 3） 大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)類似量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。 本章小結(jié) 本章系統(tǒng)的分析了量子雷達(dá)的分類，并通過量子糾纏角度對各雷達(dá)的原理進(jìn)行了闡述和分析，通過本章我們認(rèn)識到量子雷達(dá)技術(shù)理論已經(jīng)比較完善，但要運(yùn)用到各個(gè)領(lǐng)域還需克服好多技術(shù)攻關(guān)問題。 量子雷達(dá) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第 14 頁 共 25 頁 致 謝 本論文是我在長安大學(xué)郭元術(shù)老師指導(dǎo)下完成的。 有了郭老師指導(dǎo)和大家的幫助，我最終順利完成了畢設(shè)的定稿，在此我想說，郭老師是我的良師，更是我的益友。在此，我深深感謝郭老師的指導(dǎo)和關(guān)心， 也希望郭老師原諒我起初對畢設(shè)散漫的態(tài)度。 對于量子雷達(dá)的展望有以下幾點(diǎn) [15]： 量子雷達(dá)可能擁有探測、識別的能力，并有可能解決射頻隱身平臺和裝備系統(tǒng)問題。 信號聚焦處理 單光子接收機(jī) 量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 成像處理 輸出 知識和經(jīng)驗(yàn)庫 量子雷達(dá) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第 12 頁 共 25 頁 圖 8 無源量子雷達(dá)系統(tǒng) 基本原理：將目標(biāo)發(fā)出的電磁波 (光子 )通過聚焦處理，經(jīng)過單光子接收機(jī)進(jìn)行單光子信號辨識。 (2)人腦動力學(xué)過程是量子過程。因此，需要通過經(jīng)典信道告知 A 的操作。 圖 5 線性量子雷達(dá)原理 這種方案的優(yōu)點(diǎn)： 1)發(fā)射信號能量低，隱蔽機(jī)動性極強(qiáng)； 2） 接收機(jī)靈敏度高，可探測各種隱身目標(biāo) (原則上只要有一個(gè)光子被反射回量子雷達(dá)接收機(jī)，就可發(fā)現(xiàn)目標(biāo) )； 3） 回波粒子特性顯著，可獲得目標(biāo)較精確的幾何特征信息 ,易于成像； 4)抗干擾能力強(qiáng) ( 由于信號的識別是在單個(gè)光子上的狀態(tài)識別，普通的頻譜干擾技術(shù)對它失效。 糾纏態(tài)作為一種物理資源，在量子信息的各方面，如 量子隱形傳態(tài) 、量子 密鑰 分配、量子計(jì)算等 [10]都起著重要作用。量子力學(xué)中不能表示成直積形式的態(tài)稱為 糾纏態(tài) 。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(jī)會就越大。對糾纏度的描述，實(shí)質(zhì)上是對不同糾纏態(tài)之間建立定量的可比關(guān)系。當(dāng)其中一顆被操作（例如量子測量）而狀態(tài)發(fā)生變化，另一顆也會即刻發(fā)生相應(yīng)的狀態(tài)變化。 目前 ,量子計(jì)算機(jī)還沒有研制出來，需要將量子信息轉(zhuǎn)換為常規(guī)計(jì)算機(jī)可識別的格式，這種轉(zhuǎn)換喪失了量子計(jì)算的本質(zhì)的并行處理功能，因而沒有量子計(jì)算機(jī)的處理速度 。 如果是量子計(jì)算機(jī)，則量子信息解調(diào)后直接送入量子計(jì)算機(jī)，量子并行運(yùn)算的優(yōu)勢得以保存 。 這使得量子雷達(dá)具有很強(qiáng)的抗干擾能力 。 因此，信號發(fā)射部分可以直接發(fā)射調(diào)制信號，不必?fù)?dān)心信號弱而解調(diào)不出目標(biāo)信息 。 因此，在對量子信息調(diào)制時(shí)，必須考慮如何消除由于量子態(tài)的變化而引起的調(diào)制信息丟失 。 對于消相干引起量子錯(cuò)誤來說，量子編碼的目的就是為了糾正或防止這些量 子錯(cuò)誤 。 但這一關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)展很迅速 。 接收靶工作原理類似激光產(chǎn)生原理 : 接收到的反射波作為激光器的激勵(lì)光源 。接收系統(tǒng)由磁透鏡、接收靶和信息處理系統(tǒng)組成 , 如圖 2。 ............... 。接收機(jī)通過分析電子吸收反射波后 ,其狀態(tài) (自 旋 )的改變規(guī)律 ,就可獲得目標(biāo)信息。 量子雷達(dá)原理 量子雷達(dá)工作原理 通過以上分析 , 我們可以給量子雷達(dá)下一個(gè)定義 :利用電磁波的粒子特性進(jìn)行遠(yuǎn)距離目標(biāo)探測的系統(tǒng)。哈佛大學(xué) 的 Gould 則進(jìn)一步證明了玻爾 (Bohr)的量子過程的本體論解釋和感知器的腦過程的完全性理論有同樣的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu) ,這兩個(gè)過程的動態(tài)方程都包含了一種場 ,即量子勢或神經(jīng)勢 ， 基于量子勢的量子過程和基于神經(jīng)勢的腦過程的動態(tài)方程有驚人的相似之處。而現(xiàn)實(shí)當(dāng)中人的視覺系統(tǒng)其實(shí)就是一個(gè)測量光粒子特性的置。 本章小結(jié) 本章主要介紹了量子、量子糾纏、經(jīng)典雷達(dá)及量子雷達(dá)的基本概念和發(fā)展，簡要的以公式形式描述了量子糾纏，最后舉例說明量子雷達(dá)的應(yīng)用和前景，充分體現(xiàn)了量子 信息技術(shù)在未來的重要角色。對此， 麻省理工學(xué)院 的科學(xué)家評