从珠海航展量子雷达首秀出发浅谈量子技术的应用场景

刘佳敏

摘要：最近，珠海航展吸引了好多人的目光，其中一款量子雷达更是备受瞩目。量子雷达的面试离不开量子技术，今天我们就从珠海航展量子雷达首秀出发浅谈量子技术的应用场景。本文首先概述了什么是量子雷达，接着介绍了量子技术的发展史，然后介绍了量子技术在通信、计算、雷达三個方面的应用。最后，探讨了量子技术的发展趋势，包括量子技术的商业化、应用领域扩大化、量子产业规模化。

关键词：珠海航展;量子雷达;量子技术

中图分类号：TN959 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）12-0212-03

0 引言

2018年11月6日，由珠海航展有限公司承办的第十二届中国国际航空航天博览会在广州珠海展开。展览过程中，有很多令人震撼的装备展出，诸如小而精的JY-300无人预警机、全球最快的反舰导弹、各种察打一体无人机等，但最吸引人眼球的还是有中国电科集团14所研制的量子雷达，这款量子雷达之前一直若隐若现，吊足了大众的胃口，如今终于能一睹它的庐山真面目了。

图1就是航展中展出的量子雷达，如图中蓝色剪头指示、如同望远镜一样的装置分别是量子信号发射机和接收机，红色箭头指示的圆柱体装置是数据处理器。这款量子雷达通过收发量子信号实现探测的，目前已经能够实现远程探测功能，这在国际上也属第一次，这一成果意味着量子雷达已经突破了传统雷达的探测极限。同时这款基于量子技术的雷达还具备识别隐身的平台、分辨武器系统等特点，能够为军队感知能力和探测能力提供强大的助力。这些功能的实现全部依赖于量子技术，那么接下来将与你共同认识神奇的量子技术。

1 量子雷达简介

雷达是一种利用电磁波实现对环境进行探测的电子设备，在军事和民事应用中具有非常重要的意义。随着对探测水平要求的不断提升，雷达探测技术也在不断精进。前文说到的量子雷达就是其中一种基于量子物理学理论的新型雷达探测技术。根据不同的应用场景，量子雷达可分为三种类型。

第一种类型为干涉式量子雷达。这种雷达的模型是马赫泽德干涉仪，获取目标的主要形式是通过两条光路的相位差，这种方式具有较高的精确度，而且通过多年学术研究验证，干涉式量子雷达可实现超灵敏探测，具有非常高的实际应用潜力。

第二种类型为接收端量子增强雷达。这种量子雷达的主要目的是为了避免量子信号与目标之间的产生消相干作用，影响探测效果，所以在该雷达的接收端增加了量子增强技术减少背景噪音，同时在发射端还增加了电磁波来照射目标，两端同时作用能够提升雷达信噪比，在探测微弱信号或者获得高分辨率图像等方面就有重要的实用价值。

第三种类型就是量子照明雷达。这种量子雷达在接收端和发射端都利用量子技术，不再使用传统的相位差确定目标，而是利用了一对纠缠光子之间的紧密联系，在一对纠缠光子中，一个被留在接收端，另外一个则发射到目标位置，以两个纠缠光子的关联关系所引发的变化分析目标。这种方法受环境影响而产生的损耗小，能非常有效地探测目标，比经典照明目标探测更有意义。

2 量子技术发展史

1900年普朗克在热辐射的研究中第一次发现了量子，首次向世人揭示了微观世界的非连续本性。1905年，爱因斯坦发现光不仅具有波动性，还同时具有粒子性，因此提出了光量子的假说，揭示了光的波粒二象性，这一性质的发现发展了量子概念。在此基础上，1924年德布罗意提出了物质波的假说，说明不仅光具有波粒二象性，所有物质粒子都是如此。1925年，薛定谔在德布罗意研究基础上发现了物质波的演化方程，即著名的薛定谔方程，建立了波动力学。1944年，薛定谔又试图把量子力学、生命科学、热力学三个学科融合，可以说这是量子技术的前身。终于，1980年基于量子技术的核磁共振开始在临床医学领域内使用，随后生命信息检测仪也投入使用。1990年，用于诊断早期肿瘤的量子共振检测仪被美国发明出来。2016年，我国于酒泉卫星发射中心发射了世界上首颗量子卫星。2016年，由中国国防企业研制的能够发现隐形飞机的量子雷达问世。

3 量子技术的应用

自1900年普朗克发现量子以来，量子的相关研究已经持续了100多年，随着这100多年来该领域技术的不断精进，这个技术也为人类的生产生活带来了颠覆性的变化。尤其是激光技术的利用，更是为制造业、医学领域等行业揭开了新的篇章。量子技术的应用场景主要涉及三个，即量子通信、量子计算及量子雷达。

3.1 量子通信

目前来说，其实量子通信并没有一个非常严格的定义。如果从物理学角度，我们可以简单的把其理解为量子效应在物理极限下实现的高性能通信。如果从信息学角度来看，利用量子态不可克隆或其测量坍塌性质、量子测量或量子态隐形传输等方法进行的信息传输。量子通信的传输系统与其他信息传输系统类似，涉及的关键设备包括信源、信道、信宿、变换器、反变化器组成，与经典信息传输模型不同的是，通过经典信号转换成量子信息后经由量子信道进行传输，接收端接收到信号后再将量子信号转换为经典信号处理。

量子通信有两个显著优势，一个是特别安全。利用量子进行信号传输的方式，由于量子是物质的最小单元等性质，使得如果在传输过程中信息被截获、窃听或者复制，量子都会对应产生变化，那么接收端接收到的量子信息也必然出现异常并及时被接收端感知。从这个优势上来说，量子通信也被看做是无条件安全或者说绝对安全的信息传输方式。第二个优势是无障碍传输。在量子力学领域有一个现象叫做量子纠缠态，相互纠缠的两个粒子就像一对心有灵犀的双胞胎，无论两个粒子距离多远，只要其中一个发生变化另一个会立刻有所反应。利用量子纠缠态下两个粒子之间的相互感应关系进行信息传输，不会经历空间衰减即可获知信息情况，绝对不存在任何障碍阻碍信息传输。

3.2 量子计算

20世纪发展速度最快的技术就是以集成电路为基础发展起来的计算机技术以及光纤通信技术和互联网技术，这三个技术为社会经济带来了飞速的发展，也将我们生产生活的效率成倍增加。但人类对速度和效率的追求是没有止境的，物联网时代的发展需求要求计算机的元器件要朝着更精巧的方向发展，未来迎接我们的将是以原子、离子、分子、电子等微观世界的应用发展，那么这个时候微观世界的各类量子效应就会出现。我们知道，微观世界很多效应与宏观世界有很大的区别，为了解决这些效应带来的问题也为了能够有效地利用这些效应，量子计算将起到重要的作用。

同前文所说的量子通信已经开始在生活中开始应该不同，量子计算还只是处于一个起步的阶段。但是基于量子计算所能引发的超强计算能力，量子计算早就已经成为科研学者必争的高地。目前，市面上所建立的量子计算物理模型主要包括光量子计算机、核磁共振量子计算机及离子阱量子计算机等，量子计算的实现方式也主要涉及两个方面，即利用量子纠缠态和不利用量子纠缠态。从所能实现的功能来看，虽然只能解决传统计算机能解决的问题，但在计算速度上要快于传统计算机。

3.3 量子雷达

量子技术最重要的一个应用场景就是量子雷达，这种全新理念的雷达突破原有雷达的探测功能，灵敏度更高、探测距离更远、获得数据更加可靠，更重要的是能实现反隐身技术。量子雷达能够拥有这些优势，主要还是因为雷达发射的探测信号载体是量子。通过在量子通信中的分析，我们知道量子信息如果在中途发生变化，是无法通过其他途径进行弥补的，所以雷达隐形飞机的隐形手段或者其他雷达信号破坏手段对量子雷达都不起作用。

与传统雷达相比，量子雷达的灵敏度如此之高的原因是其传输的信号载体是单个的量子，信号传输过程中所涉及到的接收、调制、检测的均是量子，不会受到环境背景中如不同频段、杂波等其他因素的干扰而产生的损耗，也就是说量子雷达在信号发射端发出来的是什么，接收端将接收到一模一样的信息，相当于信息的完美克隆，因此也就造就了非常的灵敏度。另外，量子雷达调制方式与传统雷达的调制方式比更具优势，因为前者调制对象是量子态，也就意味着能够调制的维度更高，对目标而言，高纬度的调制就意味着对微弱目标的检测能力更强，也提升了反侦听能力，提高了信号传输的安全性。

4 量子技术发展趋势

通过前文分析，我们已对量子技术的巨大潜力有所了解，虽然量子技术目前依然存在很多挑战以及很多没有解决的问题，但量子技术更加有力地为人类社会进步助力依然是我们的追求目标，量子技术也必将离我们的生活越来越近。

4.1 量子技术商业化

量子技术潜藏的巨大能量正在被人类一点一点挖掘，但由于技术手段等各方面限制，使得量子技术的使用成本很高，所以目前量子技术的应用基本都在比较高端的行业，如军事、航空航天领域，对平民百姓的生活渗透的并不深入。但物联网时代对于更多数据的计算和处理需求，量子技术奖发挥巨大作用，如果能够把量子技术与人工智能融合，那人工智能的智慧程度将比现在智慧水平的高得多，甚至能制造出超过大自然能力的事。近几年，中国、美国等国家纷纷宣布在量子计算方面取得的成果，并表示出面向大众开放的意愿，相信量子技术在不久的将来就能够实现商业化。

4.2 应用领域扩大化

如同量子技术未能实现商业化一样，量子技术深入涉及的领域也比较有限。目前量子技术被应用最多也最深入的仅有量子通信技术，量子雷达和量子计算仅停留在实验研究阶段，并未真正进行投产使用。但面对量子技术潜在的巨大能力，现在的使用情况未免有些大材小用。未来，量子技术必将延伸到各行各业，将其内在的巨大能量发挥到极致。

4.3 量子产业规模化

量子技术的发展目前还处于初级阶段，对其它行业的渗透仅是浅尝辄止。从仅有的技术手段应用到各种工业、农业等行业的产品中所产生的效果来看，已经能够解决很多传统手段无法解决的问题，比如经过量子技术植入护肤品后的皮肤更加细腻，经过量子水质处理器处理过的水，其中携带的与糖尿病康复相关信息达到80种。由此可见量子技术的商业化价值非常可观，掌握了量子技术就是掌握了新的商业武器。未来，量子产业将趋于规模化，为企业创造更多效益。

5 结语

量子雷达的展示说明中国的量子技术处于世界领先水平，我们有了首颗量子卫星、有了第一条量子通讯的保密干线、有了量子通讯卫星，但我们也只不过才刚刚进入量子技术领域的大门而已。量子技术是一个“吓人”的科技，爱因斯坦曾将相对论和量子力学进行比较，他认为世界上完全理解量子力学的人并没有。量子技术所在的领域中，宏观世界的很多基本常识都是不成立的，别说上个世纪的人，即使以现在的技术水准依然没有谁敢说了解量子世界。但我们相信随着研究的深入，更多的性质、更多的现象会被我们利用，未来颠覆式的生活值得我们期待！

参考文献

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[3]军武酷之武酷君.珠海航展量子雷达首秀，这款雷达一功能比国际上强100倍！[DB/OL].2018-11-17/2018-12-26.

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[9]陌生的說.量子科技的真面目：21世纪最吓人的技术！[DB/OL].2018-09-18/2018-12-26.

Talking about the application of quantum technology from

the first show of Zhuhai Airshow Quantum Radar

LIU Jia-min

（Xi'an Xibu Culture Training Center，Xi'an Shaanxi  710068）

Abstract：Recently， the Zhuhai Air Show has attracted a lot of people's attention， and one of the quantum radars has attracted much attention. Quantum radar interviews are inseparable from quantum technology. Today we will talk about the application of quantum technology from the first show of Zhuhai Airshow Quantum Radar. This paper first outlines what is quantum radar， then introduces the history of quantum technology， and then introduces the application of quantum technology in communication， computing， and radar. Finally， the development trend of quantum technology is discussed， including the commercialization of quantum technology， the expansion of application fields， and the scale of quantum industry.

Key words：Zhuhai Air Show;Quantum Radar;Quantum Technology