【正文】 郭老師不但為人正直誠懇、踏實(shí)敬業(yè)，而且十分關(guān)心學(xué)生。美國路易斯安那州 立大學(xué) Kak 教授的在年發(fā)表的 On Quantum Neural Computing中首次提出量子神經(jīng)計(jì)算的概念。通信者 B 通過對(duì)其持有的糾纏粒子 b 進(jìn)行操作 (變換 )，即將發(fā)射的信息調(diào)制其上，那么，通信者 B 可以通過對(duì)其持有的糾纏粒子 b，進(jìn)行相應(yīng)的逆操作 (幺正變換 )而獲得通信者 A 發(fā)出的信息。量子糾纏是指在量子力學(xué)中，有共同來源的兩個(gè)微觀粒子之間存在著某種糾纏關(guān)系， 不管它們被分開多遠(yuǎn)，只要一個(gè)粒子發(fā)生變化就能立即影響到另外一個(gè)粒子，即兩個(gè)處于糾纏態(tài)的粒子無論相距多遠(yuǎn)，都能“感知”和“影響”對(duì)方的狀態(tài)。 所謂的糾纏度是指所研究的糾纏態(tài)攜帶糾纏的量的多少。糾纏是關(guān)于量子力學(xué)理論最著名的預(yù)測。 對(duì)于量子雷達(dá)譯碼主要涉及以最大概率確定接收到的信號(hào)是自己的發(fā)射信號(hào) 。 因此，單光子信道是最好的信道 。 實(shí)際 的量子編碼是構(gòu)造一個(gè) ｎ 維的 Hilbert 空間，其中的某些狀態(tài)即是信息碼 。靶在設(shè)置好初始條件 (編碼表達(dá)的電磁場強(qiáng)度大小 )后 ,使靶原子能級(jí)發(fā)生跳變發(fā)出電磁波 (載波 )。 。光通過透光物質(zhì)類似設(shè)置了一定的電磁場環(huán)境的光柵 (晶體各原子具有相應(yīng)的電場和磁場 )， 光子不被透光物質(zhì)原子吸收 。但是通過測量電磁波的粒子特性來獲得信息有個(gè)致命的 缺點(diǎn) :信號(hào)十分微弱。該技術(shù)的原理與量子密鑰分配加密技術(shù)比較類似，在竊聽者試圖改變量子特性時(shí)就會(huì)暴露自己的位置。 雷達(dá)利用信息的方式隨著雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，不斷發(fā)生變化，從單純利用信號(hào)的強(qiáng)度信息，演化為綜合利用電磁信號(hào)的頻率和相位信息，即電磁場的二階特性 ,通過發(fā)射電磁波二階特性的應(yīng)用，在調(diào)制方式上，出現(xiàn)了線性調(diào)頻相位 編碼和捷變頻等復(fù)雜信號(hào)形式，這些信號(hào)形式有效解決了傳統(tǒng)雷達(dá)時(shí)寬與帶寬的矛盾，并提升雷達(dá)抗干擾、抗雜波的能力。貝爾指出，這個(gè)不等式約束了定域?qū)嵲谡摵碗[變量理論導(dǎo)出的理論，然而這個(gè)不等式卻不能限制量子力學(xué)的理論。 愛因斯坦是量子力學(xué)的奠基人之一，但愛因斯坦一直對(duì)量子力學(xué)體系只給出幾率性的預(yù)言感到不滿意，從而對(duì)量子力學(xué)的完備性產(chǎn)生了質(zhì)疑。許多物理學(xué)家將量子力學(xué)視為了解和描述自然的的基本理論。4) imaging capability is weak。在兩次世紀(jì)大戰(zhàn)期間，各個(gè)主要軍事大國均開始從事雷達(dá)研究。他假設(shè)黑體輻射中的輻射能量是不連續(xù)的，只能取能量基本單位的整數(shù)倍。 早期的超距作用認(rèn)為作用是瞬時(shí)的。所以他們得出結(jié)論：量子力學(xué)對(duì)物理實(shí)在描述的不完善或者存在一種神秘的超距作用（非定域效應(yīng)）。 GHZ 定理以等式的形式，一種確定的非統(tǒng)計(jì)的方式說明了定域?qū)嵲谡撛诹孔恿W(xué)中不適用。 量子信息技術(shù)將成為改進(jìn)遠(yuǎn)程傳感器系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。來自 羅徹斯特 光學(xué)研究所的科學(xué)家梅胡爾從人類大腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理信息的方式 , 可以得到如下幾點(diǎn)結(jié)論 : 1) 人類的視網(wǎng)膜感應(yīng)的是光波的粒子特性 ( 類似太陽能電池板 ) 。由并協(xié)原理可知 , 如果在一個(gè)裝置中能夠在物理上互相區(qū)分態(tài) , 則可探測到電磁波的粒子特性 [4]。 ............... 改變靶電位 編碼 磁透鏡 發(fā)射光子 。 信息處理系統(tǒng)主要采用量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) ,以利用其天然并行計(jì)算的特點(diǎn)進(jìn)行快速圖像識(shí)別。 在量子雷達(dá)技術(shù)上，通過將電子的自旋與其激發(fā)出的電磁波的特性對(duì)應(yīng)上（如電磁波的頻率和極化形式 )，從而實(shí)現(xiàn)電子的自旋態(tài)調(diào)制在電磁波上 。 主要由單光子接收機(jī)（聚束和排序）和識(shí)別器件組成 。 量子理論告訴我們：一個(gè)算符在它自己的本征態(tài)作成的表象中，其矩陣為對(duì)角陣，對(duì)角線上的元素即為其本征值 。 也就是說，如果存在糾纏態(tài)，就至少要有兩 個(gè)以上的量子態(tài)進(jìn)行疊加。但對(duì)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。為達(dá)到更好的量子通信或量子計(jì)算效果，需要通過糾纏純化技術(shù)將混合糾纏態(tài)純化成純糾纏態(tài)或者接近純糾纏態(tài)。這種方案優(yōu)點(diǎn)是：不需要接收回波就可探測目標(biāo)信息，信號(hào)受到的干擾??；接收機(jī)靈敏度 [13]高于線性量子雷達(dá)；信號(hào)調(diào)制解 經(jīng)典信息 通信者 A 通信者 B 經(jīng)典信息 經(jīng)典通道 目標(biāo) EPR 源 B粒子 光子狀態(tài)檢測 目標(biāo)信息處理 輸出 a粒子 糾纏對(duì) EPR 源 a 粒子 b 粒子 經(jīng)典信息 通信者 經(jīng)典信息 經(jīng)典通道 量子雷達(dá) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第 11 頁 共 25 頁 調(diào)簡單。缺點(diǎn)是：系統(tǒng)需要培養(yǎng)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)庫；量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)還沒有實(shí)現(xiàn)。尤其是父親每次打電話最后都會(huì)說一句：你把學(xué)校的事好好做好。 量子雷達(dá)是一個(gè)新興的研究領(lǐng)域，是一門很有前途的技術(shù)，其理論和實(shí)驗(yàn)研究處于起步階段，有大量的問題有待解決，隨著研究的繼續(xù)深入，相信終有一天，性能更強(qiáng)的量子雷達(dá)會(huì)從理論走向工程應(yīng)用。 1944 年美國 Arizona 大學(xué)的 Hameroff 教授指出，在神經(jīng)元內(nèi)細(xì)胞支架的微管 (cytoskeletal micortubule)之中或周圍 ,意識(shí)是作為一個(gè)宏觀量子態(tài)由量子級(jí)事件相干的一個(gè)臨界級(jí)突現(xiàn) (emerge)出來的。在這一點(diǎn)上量子信息技術(shù)類似光通信 ) 。 糾纏態(tài) 之間的關(guān)聯(lián)不能被經(jīng)典地解釋。 糾纏狀態(tài)所糾纏的粒子數(shù)量越多，對(duì)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(huì)就越大。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 。 目前，實(shí)驗(yàn)上主要是通過光學(xué)方法或電學(xué)方法來探測自旋極化 。 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(duì)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 。 不久的將來就會(huì)獲得重大突破 。 編 碼采用量子避錯(cuò)碼。目前 ,電磁波與電子自旋狀態(tài)之間的關(guān)系還需進(jìn)一步研究 。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(jì)算的特點(diǎn)。 量子雷達(dá) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第 1 頁 共 25 頁 第二章 量子雷達(dá)技術(shù) 電磁波的量子特性 電磁波的量子特性分析 實(shí)踐證明 : 微觀世界遵循量子力學(xué)原理。相比較而言，一方面，量子雷達(dá)將雷達(dá)探測發(fā)射信息的調(diào)制維度，由電磁場宏觀的空、時(shí)、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(duì)傳統(tǒng)雷達(dá)探測的信息維度進(jìn)行擴(kuò)充另一方面，量子雷達(dá)將雷達(dá)探測接收信號(hào)的檢測極限，由宏觀電磁場能量檢測的靈敏度，擴(kuò)展為微觀量子檢測的“暗計(jì)數(shù)”。 雷達(dá)的發(fā)展 1934 年，美國海軍研究實(shí)驗(yàn) 室開發(fā)了世界上首部脈沖雷達(dá)，可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)探測并估算目標(biāo)距離。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(gè)系統(tǒng)，它們之間還是存在一定的聯(lián)系。 量子糾纏的發(fā)展 量子雷達(dá) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 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。其基本概念為所有的有形性質(zhì)是“可量子化的”。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。要想解決上述雷達(dá)缺點(diǎn)還需發(fā)展新體制雷達(dá)。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。后兩種基本相互作用，也和前兩種一樣，是通過場而相互作用的?！奔催@兩個(gè)原子仍處于自旋關(guān)聯(lián)態(tài)。量子糾纏源的制備技術(shù)越來越成熟 ,量子糾纏源的應(yīng)用也會(huì)逐漸成熟。 首先 ,經(jīng)典雷達(dá)通過對(duì)宏觀電磁波相位和頻率的操作 和控制，獲取其在空間、時(shí) 量子雷達(dá) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第 4 頁 共 25 頁 間和頻率等維度上的調(diào)制效應(yīng)，而量子信息技術(shù)的信息載體為電磁場的微觀量子和量子態(tài)。 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。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(dòng)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(dòng)態(tài)方程有驚人的相似之處。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。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。 但這一關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)展很迅速 。 因此，在對(duì)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 。 這使得量子雷達(dá)具有很強(qiáng)的抗干擾能力 。 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(shí)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 。對(duì)糾纏度的描述，實(shí)質(zhì)上是對(duì)不同糾纏態(tài)之間建立定量的可比關(guān)系。量子力學(xué)中不能表示成直積形式的態(tài)稱為 糾纏態(tài) 。 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(hào)能量低，隱蔽機(jī)動(dòng)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(hào)的識(shí)別是在單個(gè)光子上的狀態(tài)識(shí)別，普通的頻譜干擾技術(shù)對(duì)它失效。 (2)人腦動(dòng)力學(xué)過程是量子過程。 對(duì)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(shí)別的能力，并有可能解決射頻隱身平臺(tái)和裝備系統(tǒng)問題。 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。 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(duì)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(shí)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。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(duì)困難；探測距離受到糾纏粒子對(duì)馳豫時(shí)間的限制。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。對(duì)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。量子糾纏說明在兩個(gè)或兩個(gè)以上的穩(wěn)定粒子間，會(huì)有強(qiáng)的量子關(guān)聯(lián)。 因此，在信息解調(diào)時(shí)可以利用已經(jīng)接收到的信號(hào)，組成解調(diào)矩陣解調(diào)即將到來的信號(hào) 。 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(jí)（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(hào)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(shí)別．這里需指出的是，信道（包括目標(biāo)對(duì)光子的反射）對(duì)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(duì)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(shí)別回波光子，從而完成目標(biāo)的探測 。 早期的光學(xué)測量都是采