[實用新型]基于連續(xù)變量的量子雷達(dá)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201720059389.6
• 申請日: 2017-01-18
• 公開（公告）號: CN206440817U
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 富堯;朱偉
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江神州量子網(wǎng)絡(luò)科技有限公司
• 主分類號: G01S7/495
• 分類號: G01S7/495;G01S7/486;G01S17/02;H04B10/54;H04B10/556;H04B10/70
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務(wù)所有限公司33100
• 代理人: 劉曉春

技術(shù)領(lǐng)域

實用新型屬于一種量子探測及量子信息領(lǐng)域，尤其涉及基于連續(xù)變量的量子雷達(dá)。

背景技術(shù)

隨著量子信息理論和相應(yīng)實驗技術(shù)的發(fā)展，利用量子密鑰分發(fā)機(jī)制來解決經(jīng)典通信領(lǐng)域存在的安全問題正在日益變成現(xiàn)實，這將從根本上解決通信安全問題。量子信息理論的發(fā)展絕不僅僅有利于通信領(lǐng)域，越來越多的其他領(lǐng)域可以通過借鑒其原理和方法來解決該領(lǐng)域自身存在的安全問題，這使得量子信息領(lǐng)域的外延在不斷地拓展。

在軍事領(lǐng)域，量子雷達(dá)的概念在最近幾年得到廣泛的關(guān)注。現(xiàn)有量子雷達(dá)的發(fā)展趨勢主要有以下兩個：

1. 通過巧妙借用量子密鑰分發(fā)機(jī)制，來解決雷達(dá)受到干擾的問題。這里主要指現(xiàn)有雷達(dá)最難以處理的有源干擾問題：雷達(dá)的探測信號被目標(biāo)物體截獲同時目標(biāo)物體或者第三方裝置發(fā)射和探測信號相同波形的干擾信號（從經(jīng)典物理的角度看，這兩種信號是無法區(qū)分的），促使雷達(dá)對目標(biāo)判斷錯誤，無法得到目標(biāo)真實信息。

2. 利用量子探測的相關(guān)技術(shù)，借助非經(jīng)典光（例如壓縮光）或者借助于量子糾纏來明顯提升雷達(dá)的分辨率，可以將雷達(dá)的分辨率由經(jīng)典極限提升到量子極限（海森堡極限）。

由此可以上述兩個不同方向的量子雷達(dá)分別稱為第一類量子雷達(dá)和第二類量子雷達(dá)。

關(guān)于第一類雷達(dá)，最早的理論方案和實驗驗證由Mehul Malik等人于2012年提出和完成，并以Quantum-secured imaging 為題發(fā)表在Applied Physics Letters 雜志上。下面就簡單介紹上述文獻(xiàn)中提供的第一類量子雷達(dá)的方法。

方案的具體步驟如下（參照圖1）：

1、氦氖激光器發(fā)出的激光先經(jīng)過聲光調(diào)制器（AOM）的調(diào)制從而形成一系列平均光子數(shù)為1的脈沖。

2、脈沖經(jīng)過一個放置在電動旋轉(zhuǎn)平臺上的半波片(HWPa)，從而將脈沖的偏振隨機(jī)極化到以下四種情況：水平偏振（H），垂直偏振(V)，對角偏振(D)和反對角偏振(A)。此即量子密鑰分發(fā)中的編碼。

3、將編碼完成的光脈沖對準(zhǔn)目標(biāo)物體發(fā)射。

4、利用干涉濾光片(IF)將反射光脈沖中源于環(huán)境的背景噪聲干擾濾掉。

5、利用半波片（HWPb）和偏振分束器(PBS)構(gòu)成一個偏振測量裝置對收到的光脈沖進(jìn)行測量。當(dāng)半波片和垂直偏振方向平行時，測量光脈沖處于水平偏振態(tài)還是垂直偏振態(tài)。而當(dāng)半波片和垂直偏振方向成22.5°夾角時，測量光脈沖處于對角還是反對角偏振態(tài)。

6、在偏振分束器的兩側(cè)放置兩個鏡頭，分別用于不同偏振光脈沖的成像。最后利用電子倍增CCD(EMCCD)成像。

該量子雷達(dá)系統(tǒng)的方案脫胎于量子密鑰分發(fā)中的BB84協(xié)議。當(dāng)反射光子的偏振和入射時相比出現(xiàn)超過25%的錯誤率的時候，即可判定目標(biāo)在干擾探測，此時對應(yīng)探測光被完全截獲并且返回的信號全部為干擾信號。在上述技術(shù)文章中，研究者本身并未直接提出該方案為量子雷達(dá)，同時在驗證實驗中采用的目標(biāo)物體是鏡子。

從上面背景技術(shù)的介紹可以清晰的看到現(xiàn)有的技術(shù)方案運用的是弱脈沖光源（平均光子數(shù)為1），偏振編碼且編碼通過電動裝置進(jìn)行，需要非常精細(xì)的成像裝置。這就使得現(xiàn)有技術(shù)方案在以下方面存在問題：

1、已有研究表明，光的偏振經(jīng)由物體（非鏡面）散射后會發(fā)生明顯變化，這就表明原有方案存在根本問題。在未有任何干擾的情況下，就會監(jiān)測到回波脈沖的偏振有明顯的錯誤率。因此在探測實際物體時，利用該方案來判別回波信號是否被干擾從原理上并不可行。

2 采用平均光子數(shù)為1的弱脈沖作為探測信號，由于自由空間種存在各種環(huán)境因素使光子散射較為明顯，因此該方案的探測距離將極為有限。

3、其采用電動機(jī)械裝置編碼，編碼速率將會很低。同時電動機(jī)械裝置長期使用的可靠性也成問題。

4、由于采用弱脈沖，那么相應(yīng)的回波信號也會更弱，需要非常精細(xì)的成像裝置。這增加了成本，降低了裝置的可靠性。

基于上述問題，在本實用新型中提出一種基于連續(xù)變量的量子雷達(dá)新方案，從而解決現(xiàn)有方案中所存在的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于連續(xù)變量的量子雷達(dá)。能在雷達(dá)探測時，實時知曉雷達(dá)脈沖是否被目標(biāo)截獲并相應(yīng)發(fā)送錯誤信號而使探測受到干擾。為此，本實用新型提供以下技術(shù)方案：