《量子雷达目标探测》

噪声雷达（NR）和量子雷达（QR）据称有一些共同特点，都是利用发射信号的随机性来增强雷达的隐蔽性和减少相互干扰。虽然不同组织已开发出 NR 的原型并在许多环境中成功进行了测试，但对 QR 的大量投资似乎并没有跟进实际运行的 "室外 "原型或演示器。雷达探测取决于目标上传输的能量和目标的反向散射能量，从这一微不足道的事实出发，这项工作中的一些详细评估表明，文献中提出的所有 QR 类型的探测性能都比更简单、更便宜的等效 "经典 "雷达（特别是 NR 类型）低几个数量级。此外，研究还解释了为什么没有 "量子雷达截面"（有时被称为 "量子雷达截面"）不同于雷达截面。因此，各种量子雷达建议都不能带来任何有用的结果，特别是（但不限于）所谓的探测隐形目标。

量子雷达简史

尽管量子雷达已经出现，但它并不是一个新概念（相关历史见 [22]、[23] 和 [24]），因为这一概念--以及对可能的实施方案的描述--可以在一项旧的（2008 年）美国专利中找到（受让人：洛克希德-马丁公司）[25]。顺便提一句，据我们所知，在过去 15 年中，洛克希德-马丁公司或任何大型雷达和防务公司都没有开发或以任何方式利用过这项发明。

专利[25]第 5.1.3 段描述了三类量子传感器。图 5.2 显示了 "一对纠缠的光子，一个储存在发射器中，另一个从目标反射出来，被发送到测量装置"。

关于量子雷达的大部分研究都是基于上述概念，但有一个显而易见的普遍认识（尽管上述专利中没有很好地阐明），即 "反射 "光子在与复杂物体（即目标）发生相互作用（至少）后，会失去纠缠，而（发射或接收路径中的）放大会破坏纠缠。

此外，一些相关文献（见 [26]、[27]、[28]）表明，在类似的工作条件下，从经典雷达（CR）到 QR，目标的雷达截面（除了反向散射侧叶）不会发生显著变化（实际上，正如 [29] 中清楚表明的那样，它根本不会发生变化）。

有兴趣了解 2020 年 QR 研究概况的读者可参阅 [30]。V. J. Stenger 的著作[31]第 2 章概述了量子力学的基本概念，这本书充满了精彩而有理有据的批评。

当今的量子雷达

公开文献中已经提出了两大类量子雷达（忽略 [20] 中提到的过时的干涉量子雷达）：量子照明（QI）雷达和量子双模挤压（QTMS）雷达 [19]。

量子照明的概念（以及相关协议）于 2008 年提出[32]；它首先产生一对纠缠光子，即惰光子和信号光子。信号光子被发送到可能存在目标的区域，而惰光子则被储存起来。如果存在目标，信号光子可在传输延迟后被雷达接收，否则雷达只能接收噪声光子。每个接收到的光子都会在某种测量中与惰光子进行比较。当然，除了基本的探测功能外，雷达装置（至少）还需要测量目标的距离，即测距，这在使用量子照明协议时并非易事，引自文献[33]： 正如文献[33]所述："......基于返回信号和其保留的空闲信号之间的联合测量，未知的返回时间使得基于量子照明的协议难以实现"。

为了解决这个问题，QTMS 协议以更接近传统雷达的方式运行，已作为实验室演示器（但没有目标）[13]、[19]、[24]。它规避了以下测距问题。在 QTMS 雷达中，参考纠缠波束会立即通过外差𝐼（同相）和𝑄（正交）检测进行测量，并保留在系统中，而接收信号则在到达时进行测量。因此，参考信号和接收信号可用于同时测量其相关性。

根据量子理论，QI 协议应能产生更好的结果，但在相应的回波信号到来之前存储参考信号确实非常困难，尤其是在雷达（微波）频率下。因此，这里主要考虑 QTMS 雷达。它需要最大纠缠的光子模式对；因此，最常用的是自发参量下变频过程，在微波频率下产生高斯双模挤压真空状态。