中国研制的量子雷达探测距离达到1500万公里，是怎么实现的？

　　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。
　　这款雷达的工作原理可以说彻底颠覆了我们对传统雷达的认知，在介绍这款新概念雷达之前，我们先介绍一下传统雷达的工作原理，以及在过去几年中我国曾经公布过的量子雷达和微波光子雷达的原理，然后再介绍电科38所这款微波量子雷达的革命之处。
　　首先，传统雷达是依靠无线电波来工作的，微波是指波长在1毫米到1米之间的无线电波。传统雷达通过天线向目标的方向发射出无线电波，部分无线电波被目标反射回来后，再由雷达的接收天线接收，经过计算后，就能够得到目标的距离、方向和速度等参数。
　　但是传统雷达探测宇宙中遥远目标的能力非常弱，因为根据雷达探测距离公式，雷达的最大探测距离和雷达最大发射功率的四次方根成正比。也就是说，在其他条件不变的情况下，如果想要探测距离变成原来的2倍，雷达的发射功率必须要增大到原来的16倍，或者如果想要探测距离变成原来的10倍，雷达的发射功率必须要增大到原来的10000倍。
　　这导致人类使用传统雷达探测宇宙深处的目标变得非常难。例如，美国用于小行星探测的＂金石＂太阳系雷达（GSSR雷达）有一个直径70米的天线，在X波段上的连续发射功率超过1兆瓦。
　　这样的雷达也仅仅能探测几十万公里外的目标，再远就无法探测到了。要想探测1500万公里外的物体，所需要的发射功率和天线尺寸是目前人类无法实现的。这就是电科38所这款新概念雷达的用武之地。
　　此外，有些网友可能会把38所这款＂微波量子雷达＂和＂量子雷达＂、＂微波光子雷达＂混淆，因为它们的名字中都带＂微波＂、＂量子＂什么的，其实它们的原理完全不同。
　　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。最大的技术难点在于微波量子的能量非常非常弱，在38所的论文，他们指出单个微波量子的能量只有光子能量的万分之一。
　　这种微波量子必须要用接近绝对零度的接收器才能捕获，因为如果超导探测器的温度上升到绝对零度以上，1摄氏度，环境噪声就会淹没有用的信号。
　　绝对零度指的是零下273.15摄氏度，这是宇宙中最低的温度。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。
　　在电科38所的论文中，他们称这个项目已经取得了重要进展，例如完成了一个大型冷却装置，在试运行期间实现了世界级的性能，但是仍然有许多问题需要解决，比如这款雷达的某些部件不可避免地会暴露在开放世界中，那么冷热部件之间的连接就带来了工程难题。
　　但是该所知难而上，正在努力工作寻找解决方案。
　　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。