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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试验方案

近日,中电科38所在中国学术期刊《低温超导》发表论文。利用微波量子理论,研制了一种新型雷达,最远可以探测到1500万公里外的目标。这种新型雷达主要用于中国的小行星防御计划,也可用于空间目标监测。雷达需要很长的探测距离才能实现对小行星的拦截,因为拦截效果越早越好。一旦接近地球的小行星撞击地球,就会造成严重的灾难。因此,中国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过现有雷达的探测距离。其超长的探测距离不是通过提高雷达功率来实现的,而是通过超低温技术来提高雷达信号的灵敏度。

中电科38所在中国学术期刊《低温与超导》发表的论文

这种微波量子雷达不同于中电科14所单光子检测光量子雷达。中电科14所单光子检测光量子雷达也属于量子雷达,但其工作介质不是微波量子,而是光量子,即光最小、不可分割的基本单位。中国电力科学院14所单光子检测光量子雷达也属于量子雷达,但其工作介质不是微波量子,而是光量子,即最小的光不可分割的基本单位。我们知道无线电波是波粒二项性的,可以将无线电波分为无法细分的微波量子。虽然光和微波都属于无线电波,但它们的能量确实相差甚远。光量子的波长要短得多,能量也更高,通常是微波量子的1万倍。因此,光量子接收器的灵敏度不需要像微波量子接收器那样高。

中电科14所单光子检测量子雷达

也就是说,38开发的微波量子雷达技术难度相对较高。为了实现微波量子的接收,需要接收微波量子的接收器具有很高的灵敏度。为了实现微波量子的接收,需要接收微波量子的接收器具有很高的灵敏度。由于接收器具有一定的基本噪声,因此需要降低接收器件的温度,以便在噪声中检测到极其微弱的微波量子信号。最好接近绝对零度,这样接收器的基本噪声基本可以消除。因此,这种新型雷达采用超低温技术,以获得尽可能高的探测灵敏度。2021年,中国科学院成功研制出新型冷却设备,可达到绝对零度以上0.01度的极低温度。这种微波量子雷达可以达到超高的探测灵敏度,探测距离可以超过1500万公里。

中电科14所单光子检测光量子雷达

最近,中国新型雷达技术的好消息不止一个,近日,国际期刊《自然通讯》也刊登了我国量子雷达技术的另一项科研成果。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数万倍。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数万倍。我们知道,现有雷达技术的检测精度一般不超过其无线电波的波长。比如精度高的SAR合成孔径雷达,即使使用波长短的X波段,其分辨率最多也只有0.5米左右。X波段无线电波的波长约为3cm,即其分辨率远未达到其工作波长的水平。中国科技工作者的成就可以将探测精度提高到10微米,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,并通过无线电波的反射获得信号,在最新量子测量技术的帮助下,雷达信号的处理是不同的。研究小组设计了由金刚石自旋量子传感器和金属纳米结构组成的复合微波天线,通过探测局域固态量子探针状态,收集和收集自由空间传输的微波信号,测量微波信号。研究小组设计了由金刚石自旋量子传感器和金属纳米结构组成的复合微波天线,通过探测局域固态量子探针状态,收集和收集自由空间传输的微波信号,测量微波信号。

以金刚石量子传感器为基础的微波干涉测量装置,采用固态自旋量子探针与微波光子相互作用。物体反射微波信号的相位和位置信息通过固态自旋探测物体反射微波信号和参考信号的干扰结果。将自由空间弱信号的检测转化为在纳米尺度下电磁场与固态自旋相互作用的检测,提高了固态量子传感器3-4个量级的微波信号测量灵敏度。量子增强位置测量精度达到10微米水平(约万分之一波长)。换句话说,雷达信号的处理不再采用传统的信号处理方法,而是利用量子测量技术来提高雷达信号处理的分辨率。

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