中国试验量子雷达新技术 探测能力大幅度提升

据香港《南华早报》网站报道，中国的研究人员进行了一次试验，可能扩大量子雷达对隐形飞机的探测距离。在《物理学评论通讯》本月初发表的一篇论文中，来自安徽省合肥市中国科学技术大学的一个研究团队详细描述了他们的试验，试验首次表明，弱值测量法——一种新兴的量子测量技术——可以探测到此前无法探测到的信号。

报道称，这项技术利用非常“轻柔”的方法反复测量次原子微粒的量子态，对于极弱信号的探测，比如隐形飞机的雷达特征，可能格外有效。

江苏省南京大学一位没有参与这项研究的量子学家提醒说，这是“实验室成果，还不成熟，现在还不能立即投入实地使用”，不过这位量子学家又说，这项研究有可能“扩大量子雷达的探测距离”。中国科学技术大学的量子学家已经制造出世界上首个量子卫星，今年8月份发射成功，还打造出世界上距离最长的地面量子通信网络。

报道称，根据中国电子科技集团公司的资料，中国科学技术大学的研究人员还参与开发了中国首部量子雷达系统。今年早些时候，中国电子科技集团公司宣布，中国量子雷达技术的有效探测距离达到100公里，是境外量子雷达原型探测距离的5倍。

中国认为，美国及其盟友的隐形飞机对中国的地区利益构成重大威胁。日本上个月接收了首架F－35隐形战斗机，今后，中国很可能被更多的隐形战斗机与轰炸机包围。

报道称，量子雷达系统产生成对的、处于纠缠状态的光粒子，即光子。光子对中的一个光子被发射出去，另一个则留在雷达站。锁定目标位置后，一些光子就会反射回来，通过与雷达站内保留的纠缠光子进行匹配，就能确认是光子的“身份”。通过测量反射的光子，研究人员可以计算出目标的物理属性，比如大小、形状、速度和攻击角度等。但是，量子雷达有一个主要难题是反射的光子数量较少，并且与目标的距离越大，反射的光子数量越小。理论上的极限距离称作散粒噪声极限，如果超过这个距离，即便在最优质的观测条件下也无法探测到目标。

报道称，除了散粒噪声极限的问题，光子携带的信息也可能被光子之间产生的亚原子噪声掩盖，探测装置无法进行可靠的测量，原因是光子像随机发射的弹丸一样撞击探测装置，所谓散粒正是由此得名。由郭光灿教授和李传锋教授率领的中国科学技术大学研究团队宣布，他们使用高精密的量子弱测量技术突破了散粒噪声极限，即便在光子数量非常少的情况下也能实现精确探测。

报道称，该技术源于量子物理学中的一个悖论。在亚原子世界中，测量意味着破坏。对亚原子颗粒进行测量会不可避免地破坏它的初始量子态。但在上世纪80年代，科学家终于找到解决办法。采用弱测量方法不会造成量子态的坍缩。虽然每一次弱测量只能取得少量的信息，但是对同一些粒子进行反复测量，就能够得到关于属性的稳健统计量，即正确的猜测值。但是，早期的弱测量方案效率很低。只能测量探测距离内很少比例的光子，其余的光子都被废弃了。

报道称，近些年，科学家研究出一种名为能量循环测量的新方法，将光子放在一种特制的装置中进行循环，从而减少废弃的光子数量。中国科学技术大学的研究团队进行了激光束偏折测量试验，证明这种方法可以突破散粒噪声极限。他们说，不仅探测到信号强度不到散粒噪声极限一半的信号，并且将精确度提高到了1．5倍。

南京大学的那位教授说，这一技术“肯定”可以用于量子雷达。报道称，不过，清华大学一位量子学家对这一技术短期内投入实用表示怀疑。这位要求匿名的量子学家说：“到目前为止，我还没有听说弱测量学有任何实际应用。弱测量仍然是测量，会不可避免地改变测量对象的状态，因而限制了这门技术的应用前景。”

“弱测量向我们展示的究竟是真实的物理观测，还是只是数学幻象，现在仍然有争议。”