PDF《基于量子技术的目标探测研究》

1 所示 ,发射系统主要由靶( n 个原子组成) 、 量子编 码系统和磁透镜组成.接收系统由磁透镜、 接收靶 和信息处理系统组成 ,如图

2 所示. 编码采用量子避错码.量子避错码基于消相 干中的集体效应.集体消相干和独立消相干具有 本质的不同 ,最突出的一点是 ,对于集体消相干 ,存 在相干保持态.相干保持态是指一类能在噪声环

20 谭 宏等 :基于量子技术的目标探测研究 总第

190 期 境下保持稳定的态.目前已经在核磁共振中演示 了纠相位错的三比特[5 ] 和两比特[6 ] 纠错码. 靶在设置好初始条件(编码表达的电磁场强度 大小) 后 ,使靶原子能级发生跳变发出电磁波 (载波) ;

电磁波碰到物体形成反射波. 接收靶工作原理类似激光产生原理 :接收到的 反射波作为激光器的激励光源 ;

通过反射腔使激光 放大 ,从而达到接收并放大信号的目的. 磁透镜类似人类的眼球的作用 ,起到空间信息 排列的作用. 信息处理系统主要采用量子神经网络 ,以利用 其天然并行计算的特点进行快速图像识别.

3 量子雷达需要解决的问题 3.

1 抗干扰问题 这里同样存在噪声干扰问题[7 ] ,但是我们可以 在对发射的电磁波进行所谓 相关 处理 ,使发射电 磁波处于相干状态 ,接收端只有收到处于这个状态 的光子 ,才能以最大的概率使接收器的原子能级发 生跃迁. 如果我们用 n 位量子编码 ,则容量 (状态数) 为2n ,则干扰电磁波与发射电磁波处于相同状态的可 能性只有 1/ 2n ,所以抗干扰能力类似扩频通信. 3.

2 消相干与探测距离问题[8 ] 由于原子状态存在消相干现象 ,所以接收信号 应当在弛豫时间内被接收到.例如 ,弛豫时间τ=

1 μs ,探测距离 L = 0.

5 *

10 -

6 *

3 *

108 = 150m.所 以应当尽量延长弛豫时间 ,实际上就是原子状态的 寿命.如果弛豫时间能达到 10ms ,则探测距离可 达1500km.而原子状态的寿命与能级差有关系 , 各态所处能级差越大 ,其自发跳变的机会越少 ,寿 命越长.但各态级差越大 ,激发跳变的光子频率越 高 ,而工作频率越高 , 穿透能力 越弱 ,探测距离较 近 ;

由此看来 ,对于探测距离来说 ,工作频率和原子 各态的寿命是一对矛盾条件.因此 ,在选择工作频 率时要折中考虑.当然也可以开发出较低工作频 率下的长弛豫时间. 3.

3 量子计算 实际上 ,量子雷达的工作原理与量子计算的原 理相似 ,主要涉及到原子工作状态的实现 ,即给出 稳定的、 所需要的原子能级 ,在此条件下进行电子 能级跃迁产生光子 ;

同时 ,还要把在初始状态下发 出的光子稳定地接收 ,即实现与发射相反的过程. 目前实现量子计算机的物理方案有 :离子阱 ( Ion Trap ) 、 腔量子电动力学(腔 Q ED) 、 核磁共振(NRM) 和量子点(Quantum Dot) 等. 离子阱方案的主要优点是 :阱中的超冷离子处 于一个几乎与外界隔绝的空间中 ,由环境引起的消 相干效应非常小 ,因此使得量子计算的并行度较 高 ;

其主要缺点是时钟速度太慢 ,用数目........