中国的新体制雷达研究又有了新成果。根据中国电科38所近日发表在我国学术期刊《低温与超导》上的一篇论文透露，该所正在研制一款新概念雷达，采用微波量子理论，必须在极冷的温度下工作，最远能够探测远达1500万公里之外的物体，这个距离相当于地球和月球之间距离的近40倍。

据38所介绍，这种雷达能够将主要用于我国的行星防御系统，探测未知小行星或其他可能被其他探测方法错过的物体。当然，用来探测遥远的航天器也不是不可以。

能1500万公里的雷达问世

传统的雷达是使用电磁波进行物体的探测，通过向周围发射一束脉冲电磁波，当这些电磁波碰到物体时会被反射回来。雷达接收到反射回来的电磁波，然后通过处理这些信号来确定物体的位置、速度、方向和其他信息。但是雷达发射功率和雷达接收功率之间存在一个与距离平方成反比的关系。

也就是说，随着目标距离的增加，雷达接收功率将会急剧下降，因此为了保持足够的探测距离，雷达的发射功率必须随着距离的增加而增加。因此受制于发射功率影响，传统电磁波雷达是无法进行超远距离的探测。最远也就只能探测几十万公里外的目标。而要达到1500万公里的探测距离，是目前人类科技无法实现的。

微波量子雷达通常采用的是量子纠缠态来进行探测。量子纠缠是指两个或多个粒子之间的状态是相互关联和相互依存的。在微波量子雷达中，使用两个纠缠微波量子，一个用于激发目标物体，一个用于探测目标反射回来的微波量子。这两个微波量子之间的量子纠缠关系可以保证探测的高精度性和抗干扰性。

中国电科38所研制的微波量子雷达，核心原理就是利用量子纠缠和叠加态的特性，通过控制量子态的变化来实现目标探测和测距。其基本工作原理如下：先制备一组量子纠缠态，然后将其中一个量子态发送到目标物体，通过与目标物体相互作用后，其状态发生改变，然后将这个状态与另一个纠缠态进行干涉，从而获得目标的信息。由于量子纠缠态具有非常强的相关性，即使目标物体非常微弱，也可以通过其与纠缠态的相互作用来获得目标信息。

中国电科38所面临的挑战

微波量子雷达实现的难点在于，微波量子的能量十分微弱，只有光子能量的万分之一，必须要用接近绝对零度（零下273.15度）的接收器才能捕获，否则这些微波量子信号将会被环境噪声所淹没。

绝对零度是指零下273.15摄氏度，是宇宙中温度的最低限度。只有在接近绝对零度的环境下，微波量子的能量才能被有效地捕获和分析。为了达到这个温度，中国科研机构制造了性能更好的冷却装置，为微波量子雷达的实现提供了关键的条件。

虽然中国电科38所取得了重要进展，但他们仍然面临一些工程难题。该雷达的某些部件不可避免地会暴露在开放的环境中，这就给冷热部件之间的连接带来了一定的难题。然而，中国电科38所正积极努力寻找解决方案，并已经完成了一个大型冷却装置的试运行，实现了世界级的性能。此外，中国的科研机构已经制造出了性能更好的冷却装置，为实现微波量子雷达提供了条件。

目前，中国电科38所在接收器研制方面已经取得突破性进展，能够精准探测1500万公里以外的目标。这说明我国在微波量子雷达的技术已经位于世界先进水平。相信随着科学家不断努力，真正达到实用的微波量子雷达很快就会诞生。这对我国的战略意义非凡。到那时候，我们的目标就将不再是小小的地球，而真的是星辰大海了！

新概念雷达已列为世界前列

在2018年珠海航展上，电科集团展出了”量子雷达“和”微波光子雷达“的模型，这两款新概念雷达都是电科14所的产品，但电科38所也都有研究。

“量子雷达”利用量子纠缠原理工作，量子雷达系统产生成对的、处于纠缠状态的光粒子，也就是光子，其中一个光子被发射出去，另一个则留在雷达中。一些光子遇到目标会被反射回来，通过与雷达内保留的纠缠光子进行匹配，就能确认光子的“身份”。通过测量反射的光子，研究人员可以计算出目标的物理属性，比如大小、形状、速度和方向等。

“微波光子雷达”实际上仍然是利用电磁波的反射工作，只不过工作在微波波段，同时利用光子技术来实现宽带微波或者毫米波信号的产生、分配、控制和处理，能够有效地提升雷达系统的目标分辨率、作用距离、响应速度等关键性能。

而这次电科38所公布的”微波量子雷达”则采用了比较新的“微波量子”概念。实际上，无线电波也是一种光，它可以被分成无法再细分的微小粒子的，即“微波量子”，并且人类产生的微波粒子与自然界中的微波粒子是不同的。因此“微波量子雷达”可以将这些人造粒子从嘈杂的背景中分离出来，从而生成一个用传统雷达原理看不见的目标的图像。

以前，世界上所有能够创造这种极冷环境的超级冷却仪器都是由美国和欧洲的几家公司制造的，由于美国对中国的高科技禁运，我们不能采购这些仪器，但是最近中国的几家科研机构已经制造出了性能更好的设备。比如北京物理研究所的一个团队在2021建造了一台冷却器，可以在不使用氦气作为热泵工作介质的情况下，将温度维持在绝对零度以上0.01度。这就为38所实现微波量子雷达创造了条件。

从这些报道中可以看出，我国在新概念雷达的创新上已经位于世界前列。这些新概念雷达中的任何一款达到了实用的标准，都能给我国带来战略级的优势。

文章来源： 舞钢一日三餐，王雨田说，畅所易言