B-2等隐身战机的出现,对传统雷达体系构成了巨大的挑战
中俄等国隐身战斗机的出现,打破了美国对第五代隐身战斗机的垄断。美国国防高级研究计划局(DARPA)正在研制量子雷达,据称它将成为隐身战斗机的克星。无巧不成书,中国的墨子号量子实验卫星刚刚发射没几天,中国电科8月25日就宣布旗下的14所研制成功了中国首部基于单光子检测的量子雷达系统,达到国际先进水平,中国的隐身战机杀手锏也将横空出世。
隐身能力结合现代电子干扰尤其是DRFM技术,更是让雷达犹如睁眼瞎
隐身战机的探测,一直是现代雷达的难点。隐身战机通过综合使用各种主被动措施,降低了飞机的雷达反射截面积,减少了被雷达发现的概率。普通雷达对先进隐身战机的探测和跟踪距离大为降低,如果考虑到现代电子干扰对抗设备,尤其是数字射频存储(DRFM)技术的使用,针对普通战机建立起来的常规雷达预警和监视网络,在隐身战机面前已经和筛子差不多了。怎么办呢?量子科学为雷达技术带来了曙光。
量子雷达使用光子的量子特征,对隐身目标具有更好的探测效果
量子雷达是利用量子态传播的特征进行目标探测的传感器,理论上量子雷达可以突破传统雷达的回波信噪比极限,获得极高的灵敏度、分辨率和更远的探测距离。恐怕很少有人想到,量子雷达的理论研究并不比隐身技术晚多少。早在1966年Bakut就提出了在雷达系统中使用量子信号的可行性论证,20世纪80年代和90年代,随着量子纠缠现象的研究深入,量子密钥分发研究取得了显著的进展,量子雷达研究也开始升温。进入21世纪后,美国高级研究计划局于2007年正式启动了量子传感器(QSP)和量子激光雷达项目(Quantum LIDAR),这标志着量子雷达研究领域的正式形成。目前量子雷达可以分为干涉式量子雷达、量子增强雷达和量子照射雷达等三种体制,量子雷达把量子信息技术引入了经典的雷达探测领域,可以解决传统雷达在探测、跟踪和成像方面的技术瓶颈,提高雷达的抗干扰能力,成为对付隐身目标的终极大杀器,得到了世界各国的广泛重视。面对这个雷达技术领域跨越式发展的宝贵机遇,中国也迎难而上开展了量子雷达技术的相关研究。
量子增强雷达将量子纠缠和微波结合,兼顾了传统雷达和量子技术带来的优势,工程上难度较小
中国电科14所的微信公众号报道中提到,该量子雷达由14所智能感知技术重点实验室研制,在中科大、中电科27所和南京大学的协助下,完成了量子探测机理的验证,并在外场进行了实际目标探测实验,探测距离可达百公里级。据称量子雷达以量子态作为接收对象,可以有效降低系统功耗,提高对隐身目标探测性能,解决了传统雷达平台限制、对隐身目标探测和电子战下的生存等诸多瓶颈问题,全面提升了雷达的性能指标。目前14所的实验室已经建立了基本研究环境,为后续进一步开展微波量子雷达奠定了理论和实验的基础。
中电科14所的量子雷达进行外场实验
中电科14所在量子雷达上的成功无疑是个可喜的进步,那么量子雷达到底是怎样探测目标的呢?14所的量子雷达基于单光子探测机制,简单地说,这种量子雷达发射发射纠缠光子对中的一个光子探测目标,另一个保存在接收机中,如果用于探测的光子被目标发射回来,那么通过对光子纠缠的关联测试可以检测出目标的信息。或许有人会问,这看起来和传统雷达没啥不同啊,不过发射的是单个光子而已。其实这是形似而神不似,单光子检测中用到了量子纠缠现象,假设量子照射中采用了m个量子比特,那么量子雷达的信噪比就比传统雷达提高了2的m次方(2^m)倍。雷达信噪比是非常重要的指标,它的提高直接带来探测灵敏度、探测精度和探测距离的提高,量子雷达具有超高信噪比和超高灵敏度的巨大优势,让F-22猛禽和B-2幽灵这些目标都无从隐身。
类似量子秘钥分发,量子雷达可以通过误码率检测是否被干扰,更具作战威力
传统雷达使用电磁波的脉冲信号携带信息,现代战机不仅可以进行隐身设计,还使用了各种电子对抗和干扰手段,比如著名的数字射频存储技术。这项技术通过接收敌方雷达的探测脉冲信号,然后采样存储并调制生成特定的干扰信号,由于干扰信号是对原雷达信号的复制,所以具有很强的干扰诱骗能力。不过这种技术面对量子雷达就行不通了,这不仅是因为量子雷达不使用脉冲信号,更因为量子是不可克隆复制的,一切试图复制并发送干扰的行为,反而会欲盖弥彰主动暴露。从这个意义上上说,量子雷达是现代隐身和电子对抗技术当之无愧的克星。我们期待中国雷达的老大哥中电科14所能再接再厉,早日完成实用化的量子雷达,让中华大地上空再无敌人隐身战机的容身之处。
未来量子雷达实用化后,隐身飞机和电子干扰机都要为饭碗发愁了