等效信噪比提升5dB+！中电科团队提出量子增强深空雷达方案

Original 光子盒研究院光子盒 2023-11-30

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光子盒研究院出品

今年1月，中国电科集团38研究所的左涛博士及其研究团队发表论文《基于接收端量子增强的深空雷达接收体制研究》，表述了他们在地基深空雷达接收端进行的接收信号量子增强研究的工作。

左涛博士表示：“这一量子增强方案理论上能实现等效信噪比5dB以上的提升，该方案研究为深空雷达超灵敏接收技术的发展提供了指导。”

深空探测：难以突破经典门限

自古以来，人类从未停止过探索宇宙的步伐。而如今，除了一颗颗穿梭天际的卫星，航天飞船一次次绚丽的升空，在每一个寂静的夜晚，大地上还睁着无数张“巨眼”，静静地凝望着星空，它们就是深空雷达。

然而，地基深空雷达作为深空探测的主要手段之一，虽然其具有超高的发射功率和巨大的接收天线，但其性能的进一步提高也面临瓶颈。由于探测目标的遥远性，对于接收信号中的极弱波流的分析，难以突破传统仪器自身的经典门限（经典门限：传统检波器在输入信噪比低于某一值时，输出信噪比急剧降低的一种现象）。

量子赋能深空雷达

量子信息技术与深空雷达探测技术相结合，将信息维度向微观粒子相互作用量子态特征维度拓展，可以获取超越经典的性能。

首先，左涛博士团队采用了一种准光学空间开合的设计方案（使用一种由高速电机控制的类抛物面挡板结构，分隔发射和接收通道），同时利用先进超导和低温电子技术成功开发了等效噪声<13K的超低温接收设备。这一超低温接收设备的作用在于放大信号的同时，尽量降低接收设备带来的噪声影响。

图1 基于接收端量子增强的深空雷达重要组成示意图

在第一步的基础上，接收信号若低于后端信号处理器的经典门限，则进入量子增强阶段。首先，通过低温衰减器，将回波进行微波量子数衰减，此时微波单量子信号表现出粒子性，然后采用分波探测结构进行二阶关联测量。在这一步骤的原理是基于微波场中，场粒子数分布特性可分为超泊松、泊松和亚泊松三种。热噪声场满足超泊松分布而相干微波粒子数满足泊松分布。正是基于这一统计区别，可以在探测阶段区分信号与噪声，大幅提升信噪比。

这一步也是信号量子增强的关键所在。

图2 接收端量子增强雷达工作流程图

实现全天候、超远距空间探测

理论上，量子深空雷达能够实现全天时、全天候、超远距离探测目标（探测距离可达1500万公里）。基于接收端的信息量子增强方案技术原理已较为成熟，在近地小行星探测，空间目标监测等领域有较大的的应用前景。

“见微知著”，“掌中佛国”，利用微观世界的量子性质，我们对于宏大的宇宙也能看得更清。

论文原文：

https://dwyc.cbpt.cnki.net/WKE2/WebPublication/paperDigest.aspx?paperID=4382d9cc-a7ba-46b5-864a-eb88a792b349

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