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雷达|科学家公布量子雷达：精度提高500倍

“量子纠缠雷达” ， 听起来是不是像民科？
其实这可是物理学家正经研究的黑科技 ， 还发表在了物理学顶刊PRL（物理评论快报）上 。
论文里说 ， 这种雷达的精度可达普通雷达的500倍 。

雷达|科学家公布量子雷达：精度提高500倍
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△图注：雷达概念图
等一下 ， 量子纠缠和雷达 ， 这俩是怎么凑到一块去的？
简单来说就是 ， 量子纠缠可以弥补传统雷达信号衰减太快的缺点 。
传统雷达在发射信号和接收信号这两个过程中 ， 信号强度都随距离的二次方衰减 。
合在一起就导致雷达信号随距离的四次方衰减 ， 也就是说 ， 如果想把接收信号强度增强两倍 ， 需要把辐射强度提高16倍！
这种程度的衰减是什么概念呢？我们来看一组数据就知道了：
假如一个信号发射器功率为1kW ， 加上增益为10的天线 ， 去探测5公里外一个1平米的物体时 ， 收到的反射信号只有几纳瓦 。
而像我们平时用的手机 ， 在满格信号的时候都有0.1W的辐射功率 ， 是上述例子中接收到信号强度的一亿倍 。
于是 ， 为了拯救这种程度的衰减 ， 研究人员开始想办法：方向无非是两种 ， 要么增强辐射 ， 要么优化接收 。
如果选前者 ， 实在太不划算 ， 根据雷达信号的四次方衰减 ， 要想把接收信号强度增强两倍 ， 需要把辐射强度提高16倍 。
因此 ， 研究人员把目光放在接收的过程上 。
【雷达|科学家公布量子雷达：精度提高500倍】这时候 ， 量子纠缠登场了 。
量子纠缠如何提高精度
量子纠缠是量子力学中独有的一种现象 ， 指的是微观粒子在一些物理性质上会有关联 ， 天生就是配对的 。
举个栗子 ， 有一副正常的手套分装在两个盒子里 ， 一定会有一只左手和一只右手 。当确定其中一个的时候 ， 另一个也随之确定 ， 无论这两个盒子距离有多远 。
像这样有某种暗戳戳的联系的两个微观粒子就处于纠缠态 。
于是 ， 研究人员想：如果我们生成一些相互纠缠的光子 ， 然后只发射一半 ， 等到信号被反射回来时 ， 再用剩下的一半做对比 。

雷达|科学家公布量子雷达：精度提高500倍
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△图注：aS和aI相互纠缠 ， 一个用于发射 ， 一个用于检测
无论信号怎么衰减 ， 这些孪生光子都可以轻松配对 ， 岂不是可以大大提高雷达精度？
计算结果也确实如其所料 。
Quntao Zhuang和Jeffrey推导出 ， 量子雷达的均方距离延迟精度要比传统的雷达高几十个分贝 。
除了理论推理 ， 研究人员还用无人机来实际检测了一下量子雷达精度 。在100m远处检测无人机的情境下 ， 量子雷达比传统雷达的精度高了60倍 。
两者的对比可以直观得从下图中看出 ， 其中横轴代表信噪比 ， 纵轴代表均方距离延迟精度（越低越好） ， 红线为量子雷达的表现：
从图中大体可以看出 ， 量子雷达在全部信噪比区间都比传统雷达要好 。
在信噪比较高（达到15-20分贝）时 ， 量子雷达（红线）比传统雷达（蓝线和青线）有小幅精确度优势 。
在较低信噪比情况下优势更为明显 ， 例如信噪比在5-10分贝之间时 ， 量子雷达的精度大约是传统雷达的500倍 。


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