我国量子雷达新技术，探测距离超1500万公里，精度提高一万倍

我国小行星防御技术的试验方案

近期中电科38所在我国学术期刊《低温与超导》发表了一篇论文。该所在研制一种新型雷达，利用微波量子理论，最远能够探测到1500万公里外的目标。这种新型雷达主要用于我国的小行星防御计划，也可以用于空间目标监测。要实现对小行星的拦截需要雷达具备极远的探测距离，因为越早发现拦截效果越好。接近地球的小行星一旦撞击到地球会造成严重的灾难。所以我国已经在去年制定了小行星防御计划。这种新型雷达的探测距离远远超出了现有雷达的探测距离。其超远的探测距离不是靠提高雷达功率来实现的，而是靠超低温技术提高雷达信号灵敏度来实现的。

中电科38所在我国学术期刊《低温与超导》发表的论文

这种微波量子雷达和我们之前提到的中电科14所的单光子检测光量子雷达有所区别。中电科14所的单光子检测光量子雷达也属于量子雷达，但是其使用的工作介质却不是微波量子而是光量子，也就是光的最小不可再分割的基本单位。我们知道无线电波是具有波粒二项性的，可以将无线电波分割为无法再细分的微波量子。虽然光和微波都属于无线电波，但两者的能量确实相差很远的。光量子的波长要短很多，能量也更高，通常是微波量子的一万倍。所以接收光量子的接收器件的灵敏度不需要像接收微波量子的那么高。

中电科十四所的单光子检测量子雷达

也就是说38所研制的微波量子雷达的技术难度相对更高一点。要实现对微波量子的接收，需要接收微波量子的接收器件具备极高的灵敏度。因为接收器件都有一定的本底噪声，为了能够在噪声中检测到极其微弱的微波量子信号，需要降低接收器件的温度。最好能接近于绝对零度，这样基本上就能消除接收器件的本底噪声。所以这种新型雷达采用了超低温技术，以获得尽可能高的探测灵敏度。中科院已经在2021年研制成功了新型冷却设备，可以实现绝对零度以上0.01度的极低温度。这样的工作条件就可以让这种微波量子雷达实现超高的探测灵敏度，探测距离可以超过1500万公里。

中电科14所的单光子检测光量子雷达

最近我国新型雷达技术的好消息不止这一个，国际期刊《自然·通讯》近期也刊登了我国量子雷达技术的另一个科研成果。中国科技大学郭光灿院士团队利用量子技术将传统雷达的位置测量精度提高了上万倍。我们知道现有雷达技术的探测精度普遍都没有超过其使用的无线电波的波长。比如精度比较高的SAR合成孔径雷达，即使使用波长比较短的X波段，其分辨率最多也只有0.5米左右。而X波段无线电波的波长是3厘米左右，也就是说其分辨率远远没有达到其工作波长的水平。而此次我国科技工作者取得的成就可以将探测精度提高到10微米的水平，也就是相当于无线电波波长的万分之一。换句话说雷达的测量精度至少提高了一万倍。

这种新型雷达技术仍然像传统雷达一样发射无线电波，而且也靠无线电波的反射获取信号，不同的是雷达信号的处理借助了最新的量子测量技术。研究组设计了金刚石自旋量子传感器与金属纳米结构组成的复合微波天线，将自由空间传播的微波信号收集并汇聚到纳米空间，从而通过探测局域的固态量子探针状态对微波信号进行测量。

基于金刚石量子传感器的微波干涉测量装置，利用固态自旋量子探针与微波光子多次相干相互作用。通过固态自旋探测物体反射微波信号与参考信号的干涉结果，得到物体反射微波信号的相位以及物体的位置信息。将自由空间弱信号的探测转换为对纳米尺度下电磁场与固态自旋相互作用的探测，提高了固态量子传感器的微波信号测量灵敏度3—4个量级。实现了量子增强的位置测量精度，达到10微米水平（约波长的万分之一）。换句话说雷达信号的处理不再采用传统的信号处理方法，而是借助量子测量技术提高了雷达信号处理的分辨率。