量子纠缠和雷达这俩是怎么凑到一块去的

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上。

论文里说，这种雷达的精度可达普通雷达的500倍。

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。

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。

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。实验结果表明，对于四维或三维的不能采用基于保真度的纠缠目击方法检测的量子纠缠态，用新的方法只需采用三组测量基即可认证其量子纠缠。

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。

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，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。

在信噪比较高时，量子雷达比传统雷达有小幅精确度优势。

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。

这项工作的研究人员是庄群韬和Jeffrey H. Shapiro。

庄群韬在2013年毕业于北京大学，2018年拿到麻省理工的物理学博士学位，目前在亚利桑那大学任助理教授。

而Jeffrey H. Shapiro是麻省理工电子研究实验室前主任，也是麻省理工光学和量子通信组主任。

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