量子纠缠雷达专克一切能想到的隐身技术（一个无公式的通俗科普）_风闻

转自超大 原作者猎杀m1a2

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实际上目前的量子雷达的分类中，利用纠缠态粒子的量子雷达不叫量子纠缠雷达，而是叫“量子照射雷达”                  在和@fyeldlee 和@屁股决定脑袋 两位CDer，于《中国单光子量子雷达完成远程探测试验 达国际先进水平》一贴的探讨交流中，我说了一些我所知的量子纠缠雷达的知识，但是我发现由于我的表述水平不高，并不容易让人理解量子纠缠雷达为什么专克隐身，和我判断14所这个雷达最大的可能是量子纠缠雷达的原因和理由。所以我决定尽力一试，尽量做一个更容易理解的科普贴。在本帖中，为了通俗科普的需要，我不会使用任何公式，但是会使用专业的物理学术语，但是，别担心，所有使用的术语我都会采取打比方，作比喻，作类比的修辞方法，让其尽量生动便于理解。

        另外，如果在《中国单光子量子雷达完成远程探测试验 达国际先进水平》一贴里那位毫无理据，又不懂装懂，最后被人指出错误拿不出理据证明自己正确只会贬人“你不配质疑我”的那位行者御风兄弟，你有看这个贴的权利，也有用精神胜利法在我这个贴发泄被我质疑而心生不满的权利，但是除非你拿出理据证明我说错了，否则我不会理会你那些愤懑和发泄。我这只是探讨交流为目的的科普贴——欢迎质疑，但是是有理有据的质疑。欢迎提问，但是只接受与主题有关的提问。欢迎抨击，但是纠结对我个人不满针对我个人的抨击我不会理会，当然有人非要针对我个人的抨击我也没办法，我无权干涉别人行使自己的发言权，反正只怼人不能有理有据说话的人众CDer都会瞧不起的，有众CDer精神上的支持，我一点也不忧伤。        好，闲话少说，开始正题。        首先，要啰嗦一句，什么是量子，什么是量子力学？量子，按照其拉丁文原意，是“离散”的含义，用来表示物质的粒子性。而量子力学，则是研究物质的粒子性的规律的学科。物质的粒子性有什么规律呢？比如说动量，一个粒子的动量除了大小还有方向，多大多小，要离散成一系列不可再细分的值，这是一种粒子性。粒子运动的方向，也要分为一系列不可再分的值，这又是一种粒子性。同样，能量也有粒子性，位置也有粒子性，时间也有粒子性。所有这些粒子性，它们的规律是波动性，术语叫“波粒二象性”。首先是波，再是粒子，第一性是波，第二性是粒子。波粒二象性讲的是什么呢？讲的是物质的粒子性怎样按照波动性运动，比如说，一个光子的动量和位置的波粒二象性，就表述为某位置观测得光子动量为第一个方向的可能性性多大，第二个方向的可能性多大……..以此类推，这样的一个集合就是这个光子动量和位置的波粒二象性。在波粒二象性中，波不是我们宏观可见的水波，声波那样是由粒子组成的一个有起伏有周期有频率的波的外形，而是一个粒子，它所可能经历的空间中，粒子在空间每个点上所有运动方向可能性的集合——这是针对动量和位置这一对非对易力学量，同理另外还有两类非对易力学量——能量和时间，自旋角动量的二维分量。这里又有了一个术语：对易。对易在物理学上的意思是至少两个量A和B，AB等于BA，满足乘法交换律。能对角交换位置，是谓对易。非对易就是不满足乘法交换律。为什么要强调非对易力学量，因为非对易力学量一定满足海森堡不确定性原理：观测塌缩一个力学量，必然导致另一个力学量的不确定范围扩大，比如说一个光子，如果要让光子的动量不确定的范围缩小，那么这个光子的位置可能在的范围就是变大的。        所以我们以量子力学来描述光子的运动的时候，就不能说一个光子于什么什么时间内走了一条什么样的轨迹，信号光强多少，噪音光强多少，信噪比多少，不同方向信号强度比值多少，这些都不能说了。要改为：某能量光子于某时刻，某运动方向于某处能观测到它的概率是多少？一个光子生涯走过的若干条路径，走这些的概率值分布是多少。        以前我发过一个图画科普贴一个无公式的极简科普：从量子力学的角度讲双缝干涉明暗条纹的形成原理        然后呢，要说说纠缠态雷达（量子照射雷达）为什么专克一切能想到的隐身，又怕高功率的主动式干扰。什么是纠缠态？字面上看，就是粒子纠缠在一起嘛，两个粒子生生死死，永不分离不离不弃嘛。。。。。嗯，还真是这样。纠缠态粒子，它们是真的全面地，无私地，生死相依地纠缠了。比如说，一对纠缠态光子，它们纠缠在一起，自旋角动量——也就是光子的偏振方向加一起来就必然为无方向的，就好像男人和女人纠缠在一起。同样的，纠缠态粒子，除了自旋方向是纠缠的，他们的路径也是纠缠的——要么生死相依不分离，要么天南海北心相连。纠缠态的粒子对/组，如果它们是按照同一个量子方向发射出去的，那么被目标反射的时候也要紧紧相拥返回。如果它们是按照背靠背的方向发射出去的，那么它们在离原点同样的距离上，同样的时刻，测得的概率也是一样的。我们可以这么想象，大自然中的噪音光，和以前经典雷达发射的非量子光束，它们就好比浑然懵懂，无情无爱，还没有开窍的原始精灵。而量子纠缠雷达发射的纠缠态光子对/组，就好比是于混沌中开窍的精灵，它们相知相爱了，但是这种精灵没有初始性别，它们要一同度过漫长的精  生（发射出去到目标的量子路径），才能根据幽隐乐园的情况（被目标反射）决定各自的性别，然后再回到开始地方（雷达），把一生轰轰烈烈的爱情故事，告诉精灵乐园的统领（量子信号处理）。这样，不论幽隐乐园（目标）是怎样的隐秘，精灵乐园的统领就能很容易通过纠缠的精灵与混沌精灵最大的区别就是成双成对把噪音滤掉，又通过纠缠的精灵的经历，就可以知道幽隐乐园的各种隐秘情况。现在能想象到的隐身技术无非就是电磁波侧向散射（就是外形隐身），吸收消耗电磁波（就是吸波材料），表面电磁波引导（这个我还不知道规范的术语叫什么，这个就很像科幻里的曲光隐身材料），等离子体隐身。很明显，不论是哪种都会成对/组地反射纠缠粒子，雷达只需要检测到纠缠粒子对/组，隐身就破功了。         量子照射雷达原理示意图如下：     图中可以很明显的看到发射出去的纠缠态光子是无偏振的，反射回来的纠缠态光子还是不分离的，也还是无偏振的，但是纠缠态内部有了偏振之分。这样才能用偏振光镜去过滤信号和背景噪音。                                                               概括一下，就是它发射出去的光子是的偏振是纠缠的，路径也是纠缠的。然后雷达设置一个可控制偏振方向的偏振镜，只允许特定的偏振平面上的光子通过。被目标反射的纠缠光子对，它一定是由于和目标的相互作用而使纠缠光子对转到一定的偏振平面上。那么雷达的光子计数器，就会产生一个等于接收到的光子数量的2n倍光子计数的信号。随便打个比方说，目标是一个大翼展相当扁平的飞翼型目标，隐身性能非常好反射了5对在水平平面上偏振的光子进入雷达（扣除损耗等等哈），而在计数时间内，外界噪音只有5个光子进入该偏振平面进入计数器，那么当光束扫到目标返回，光子计数器就会探测到15个光子，而在没有目标的地方则是接收到5个噪音光子。这样隐身目标就暴露了。     当然实际上不会这么理想。     聪明的看官一定也会发现了，偏振光片是一个没有识别功能的“闸门”。如果外界的噪音也是无偏但是是非纠缠的——术语叫可线性分离的共同本征态——顾名思义，这样的一组粒子是可以随意分开的，不会生死相依，不会心心相连。这样的噪音是混沌的精灵，如果外界混沌的精灵足够多，就会出现足够量的混沌精灵在闸门那被闸门影响决定了性别，还恰好能看上去凑若干对情侣，混在做了一次蜜月旅游的纠缠的精灵情侣中跑到精灵乐园的统领面前乱说一气。这样统领在数精灵个数的时候就会偏离实际情况，对于幽隐乐园的所在和详细情况就会误判。     最后，讲一下为什么我判断14所的量子雷达是量子照射雷达的理由。顺带一说，那位不懂量子力学还非要装懂的行者御风说的什么14所这个是时间相关单光子测距雷达很明显是他自己不懂胡说了，关于14所的新闻报道里面，已经明确说了这个量子照射雷达就是针对低散射目标，电子战环境的（报道原文：目前，雷达已经完成了量子探测机理、目标散射特性研究以及量子探测原理的实验验证，并且在外场完成真实大气环境下目标探测试验，实现了百公里级探测威力，探测灵敏度极大提高，指标均达到预期效果，取得阶段性重大研究进展及研究成果。量子雷达以量子态作为接收对象，可以丰富探测手段，提高对目标的探测性能。这一利用量子态所具有的特性，有望解决传统雷达在隐身目标检测、电子战条件下的生存、平台载荷限制等诸多瓶颈问题，从而全方面提升雷达的各项性能指标。），而时间相关单光子测距雷达则是一种只适合于近距离高精度测距，而探测威力一塌糊涂的雷达——不用说太阳光，就是一个手机LED灯功率的激光灯（卸掉激光灯的聚焦镜，只保留准直镜）10米处的光强，就足以淹没任何光子计数器的计数功能，光子计数器由此也就分辨不出来光子数了，何谈抗干扰？何谈探测远距离目标？别说白天了，晚上都没法远距离探测。这与14所的报道显然矛盾。所以任何从这么外行的发言就一下子就判断那位行者御风虽然声称自己学过量子力学——这我大约信了，但也没学明白，基础知识糟糕。当然，还要一类叫“量子增强雷达”，是利用量子路径积分法对光场的量子压缩态进行信号处理的雷达也可以具有比经典雷达更高的灵敏度和精度。但那个目前还未听说有样机，技术难度也更高，而且测角精度高速度快，也不是14所雷达描述的这个测远距离慢速目标的特点。如果是量子增强雷达，就能测快速目标了。    当然量子照射雷达和量子增强雷达是不矛盾的，两者可以合二为一。目前的量子照射雷达一般还不具有量子增强雷达的量子路径积分处理信号的能力，测角的信号处理算法还是经典雷达式的比光强法或最大光强法，由于量子照射的照射和接收功率都很低，比光强法也好，最大光强法也罢，都需要进行足够的光子计数时间，获得足够的光子计数才能比较，故而测角慢精度差——这也是我判断14所的这个雷达还是单纯的量子照射雷达的主要理由之一。