[实用新型]基于量子关联的量子雷达

说明书

技术领域

本实用新型属于一种量子探测及量子信息领域，尤其涉及基于量子关联的量子雷达。

背景技术

随着互联网技术的发展，各种安全问题层出不穷，这使得信息安全成为当前世界共同面临的巨大挑战。量子信息作为物理学和信息学的交叉学科，在近十年发展迅速，并得到各个国家的极大重视。量子密钥分发作为量子信息领域的一个重点研究方向，将从根本上解决信息安全的问题。通过一次一密的方式，量子密钥分发机制可以在各种窃听存在的环境中使双方或者多方能够共享安全的密钥，其基本原理基于量子力学的基本定律因此是完全安全的。量子密钥分发机制主要借助于现有的光学和电学器件，因此具备快速地从实验室推广到市场的潜力。

量子密钥机制的提出最早是为了解决通信安全的问题。但随着对其研究的日益深入，该机制的内涵思想正不断地被其他各个领域所借鉴，以期能解决本领域内相应地问题。量子雷达因此应运而生。

量子雷达概念提出的时间并不长，但其迅速得到各国的高度重视并被普遍认为是今后雷达发展的主要方向。随着现代雷达技术的发展，雷达不但要能在长距离内精确探测同时也需要具备很强的抗干扰和生存能力。而现有的雷达方案，均基于经典的电磁学理论，经典雷达已经发展到了瓶颈期，急需新的思路和方向来在上面两方面得到突破。

现有量子雷达的研究主要集中在以下两个方向：

1. 通过巧妙借用量子密钥分发机制，来解决雷达受到干扰的问题。

2. 利用量子探测的相关技术，借助非经典光（量子态）或者借助于量子纠缠来明显提升雷达的分辨率，可以将雷达的分辨率由经典极限提升到量子极限（海森堡极限）。

可以简单把着眼于上面两个不同方向的量子雷达分别称为第一类量子雷达和第二类量子雷达。而所有研究者的终极目标，就是能够研究出综合上述两种优势的雷达方案（完美量子雷达）。

关于第一类量子雷达，最早的理论方案和实验验证由Mehul Malik等人于2012年提出，并以Quantum-secured imaging 为题发表在Applied Physics Letters 杂志上。下面就简单介绍以下文献中提供的第一类量子雷达的方案。

方案的具体步骤如下（参照图1）：

1、氦氖激光器发出的激光先经过声光调制器（AOM）的调制生成平均光子数为1的脉冲序列。冲。

2、脉冲经过一个放置在电动旋转平台上的半波片(HWPa)，从而将光子随机的极化到以下四种情况：水平偏振（H），垂直偏振(V)，对角偏振(D)和反对角偏振(A)。此即量子密钥分发中的编码。

3、将编码完成的光脉冲对准目标物体发射。

4、利用干扰滤波器(IF)将反射光子中的源于环境的背景噪声干扰去掉。

5、利用半波片（HWPb）和偏振分束器(PBS)构成一个偏振测量装置对收到的光脉冲进行测量。当半波片和垂直偏振方向平行时，测量光脉冲处于水平偏振态还是垂直偏振态。而当半波片和垂直偏振方向成22.5°夹角时，测量光脉冲处于对角还是反对角偏振态。

6、在偏振分束器的两侧放置两个镜头，分别用于不同偏振光脉冲的成像。最后利用电子倍增CCD(EMCCD)成像。

该量子雷达系统的方案脱胎于量子密钥分发中的BB84协议。当反射光子的偏振和入射时相比出现超过25%的错误率的时候，即可判定目标在干扰探测。

从上面背景技术的介绍可以清晰的看到现有的技术方案运用的是弱脉冲光源（平均光子数为1），偏振编码，，编码通过电动机械装置进行同时需要非常精细的成像装置。这就使得现有技术方案在以下方面存在问题：

1、已有文献研究表明，光的偏振经由物体（非镜面）散射后会发生明显变化，这就会造成原有方案在未有任何干扰的情况下就会产生非常大的错误率。因此该方案在探测实际物体上并不可行。

2、由于采用弱脉冲，其探测距离极为有限。同时相应的回波信号会更弱，需要非常精细的成像装置，这增加了成本，降低了装置的可靠性。

3.其采用电动机械装置编码，编码速率将会很低。同时，电动机械装置长期使用的可靠性也成问题。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供基于量子关联的量子雷达，可以从根本上解决雷达在探测时雷达脉冲被目标，或第三方截获并相应发送错误信号干扰探测的问题。为此，本实用新型提供以下技术方案：