量子糾纏雷達專克一切能想到的隱身技術（一個無公式的通俗科普）_風聞

轉自超大 原作者獵殺m1a2

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實際上目前的量子雷達的分類中，利用糾纏態粒子的量子雷達不叫量子糾纏雷達，而是叫“量子照射雷達”                  在和@fyeldlee 和@屁股決定腦袋 兩位CDer，於《中國單光子量子雷達完成遠程探測試驗 達國際先進水平》一貼的探討交流中，我説了一些我所知的量子糾纏雷達的知識，但是我發現由於我的表述水平不高，並不容易讓人理解量子糾纏雷達為什麼專克隱身，和我判斷14所這個雷達最大的可能是量子糾纏雷達的原因和理由。所以我決定盡力一試，儘量做一個更容易理解的科普貼。在本帖中，為了通俗科普的需要，我不會使用任何公式，但是會使用專業的物理學術語，但是，別擔心，所有使用的術語我都會採取打比方，作比喻，作類比的修辭方法，讓其儘量生動便於理解。

        另外，如果在《中國單光子量子雷達完成遠程探測試驗 達國際先進水平》一貼裏那位毫無理據，又不懂裝懂，最後被人指出錯誤拿不出理據證明自己正確只會貶人“你不配質疑我”的那位行者御風兄弟，你有看這個貼的權利，也有用精神勝利法在我這個貼發泄被我質疑而心生不滿的權利，但是除非你拿出理據證明我説錯了，否則我不會理會你那些憤懣和發泄。我這只是探討交流為目的的科普貼——歡迎質疑，但是是有理有據的質疑。歡迎提問，但是隻接受與主題有關的提問。歡迎抨擊，但是糾結對我個人不滿針對我個人的抨擊我不會理會，當然有人非要針對我個人的抨擊我也沒辦法，我無權干涉別人行使自己的發言權，反正只懟人不能有理有據説話的人眾CDer都會瞧不起的，有眾CDer精神上的支持，我一點也不憂傷。        好，閒話少説，開始正題。        首先，要囉嗦一句，什麼是量子，什麼是量子力學？量子，按照其拉丁文原意，是“離散”的含義，用來表示物質的粒子性。而量子力學，則是研究物質的粒子性的規律的學科。物質的粒子性有什麼規律呢？比如説動量，一個粒子的動量除了大小還有方向，多大多小，要離散成一系列不可再細分的值，這是一種粒子性。粒子運動的方向，也要分為一系列不可再分的值，這又是一種粒子性。同樣，能量也有粒子性，位置也有粒子性，時間也有粒子性。所有這些粒子性，它們的規律是波動性，術語叫“波粒二象性”。首先是波，再是粒子，第一性是波，第二性是粒子。波粒二象性講的是什麼呢？講的是物質的粒子性怎樣按照波動性運動，比如説，一個光子的動量和位置的波粒二象性，就表述為某位置觀測得光子動量為第一個方向的可能性性多大，第二個方向的可能性多大……..以此類推，這樣的一個集合就是這個光子動量和位置的波粒二象性。在波粒二象性中，波不是我們宏觀可見的水波，聲波那樣是由粒子組成的一個有起伏有周期有頻率的波的外形，而是一個粒子，它所可能經歷的空間中，粒子在空間每個點上所有運動方向可能性的集合——這是針對動量和位置這一對非對易力學量，同理另外還有兩類非對易力學量——能量和時間，自旋角動量的二維分量。這裏又有了一個術語：對易。對易在物理學上的意思是至少兩個量A和B，AB等於BA，滿足乘法交換律。能對角交換位置，是謂對易。非對易就是不滿足乘法交換律。為什麼要強調非對易力學量，因為非對易力學量一定滿足海森堡不確定性原理：觀測塌縮一個力學量，必然導致另一個力學量的不確定範圍擴大，比如説一個光子，如果要讓光子的動量不確定的範圍縮小，那麼這個光子的位置可能在的範圍就是變大的。        所以我們以量子力學來描述光子的運動的時候，就不能説一個光子於什麼什麼時間內走了一條什麼樣的軌跡，信號光強多少，噪音光強多少，信噪比多少，不同方向信號強度比值多少，這些都不能説了。要改為：某能量光子於某時刻，某運動方向於某處能觀測到它的概率是多少？一個光子生涯走過的若干條路徑，走這些的概率值分佈是多少。        以前我發過一個圖畫科普貼一個無公式的極簡科普：從量子力學的角度講雙縫干涉明暗條紋的形成原理        然後呢，要説説糾纏態雷達（量子照射雷達）為什麼專克一切能想到的隱身，又怕高功率的主動式干擾。什麼是糾纏態？字面上看，就是粒子糾纏在一起嘛，兩個粒子生生死死，永不分離不離不棄嘛。。。。。嗯，還真是這樣。糾纏態粒子，它們是真的全面地，無私地，生死相依地糾纏了。比如説，一對糾纏態光子，它們糾纏在一起，自旋角動量——也就是光子的偏振方向加一起來就必然為無方向的，就好像男人和女人糾纏在一起。同樣的，糾纏態粒子，除了自旋方向是糾纏的，他們的路徑也是糾纏的——要麼生死相依不分離，要麼天南海北心相連。糾纏態的粒子對/組，如果它們是按照同一個量子方向發射出去的，那麼被目標反射的時候也要緊緊相擁返回。如果它們是按照背靠背的方向發射出去的，那麼它們在離原點同樣的距離上，同樣的時刻，測得的概率也是一樣的。我們可以這麼想象，大自然中的噪音光，和以前經典雷達發射的非量子光束，它們就好比渾然懵懂，無情無愛，還沒有開竅的原始精靈。而量子糾纏雷達發射的糾纏態光子對/組，就好比是於混沌中開竅的精靈，它們相知相愛了，但是這種精靈沒有初始性別，它們要一同度過漫長的精  生（發射出去到目標的量子路徑），才能根據幽隱樂園的情況（被目標反射）決定各自的性別，然後再回到開始地方（雷達），把一生轟轟烈烈的愛情故事，告訴精靈樂園的統領（量子信號處理）。這樣，不論幽隱樂園（目標）是怎樣的隱秘，精靈樂園的統領就能很容易通過糾纏的精靈與混沌精靈最大的區別就是成雙成對把噪音濾掉，又通過糾纏的精靈的經歷，就可以知道幽隱樂園的各種隱秘情況。現在能想象到的隱身技術無非就是電磁波側向散射（就是外形隱身），吸收消耗電磁波（就是吸波材料），表面電磁波引導（這個我還不知道規範的術語叫什麼，這個就很像科幻裏的曲光隱身材料），等離子體隱身。很明顯，不論是哪種都會成對/組地反射糾纏粒子，雷達只需要檢測到糾纏粒子對/組，隱身就破功了。         量子照射雷達原理示意圖如下：     圖中可以很明顯的看到發射出去的糾纏態光子是無偏振的，反射回來的糾纏態光子還是不分離的，也還是無偏振的，但是糾纏態內部有了偏振之分。這樣才能用偏振光鏡去過濾信號和背景噪音。                                                               概括一下，就是它發射出去的光子是的偏振是糾纏的，路徑也是糾纏的。然後雷達設置一個可控制偏振方向的偏振鏡，只允許特定的偏振平面上的光子通過。被目標反射的糾纏光子對，它一定是由於和目標的相互作用而使糾纏光子對轉到一定的偏振平面上。那麼雷達的光子計數器，就會產生一個等於接收到的光子數量的2n倍光子計數的信號。隨便打個比方説，目標是一個大翼展相當扁平的飛翼型目標，隱身性能非常好反射了5對在水平平面上偏振的光子進入雷達（扣除損耗等等哈），而在計數時間內，外界噪音只有5個光子進入該偏振平面進入計數器，那麼當光束掃到目標返回，光子計數器就會探測到15個光子，而在沒有目標的地方則是接收到5個噪音光子。這樣隱身目標就暴露了。     當然實際上不會這麼理想。     聰明的看官一定也會發現了，偏振光片是一個沒有識別功能的“閘門”。如果外界的噪音也是無偏但是是非糾纏的——術語叫可線性分離的共同本徵態——顧名思義，這樣的一組粒子是可以隨意分開的，不會生死相依，不會心心相連。這樣的噪音是混沌的精靈，如果外界混沌的精靈足夠多，就會出現足夠量的混沌精靈在閘門那被閘門影響決定了性別，還恰好能看上去湊若干對情侶，混在做了一次蜜月旅遊的糾纏的精靈情侶中跑到精靈樂園的統領面前亂説一氣。這樣統領在數精靈個數的時候就會偏離實際情況，對於幽隱樂園的所在和詳細情況就會誤判。     最後，講一下為什麼我判斷14所的量子雷達是量子照射雷達的理由。順帶一説，那位不懂量子力學還非要裝懂的行者御風説的什麼14所這個是時間相關單光子測距雷達很明顯是他自己不懂胡説了，關於14所的新聞報道里面，已經明確説了這個量子照射雷達就是針對低散射目標，電子戰環境的（報道原文：目前，雷達已經完成了量子探測機理、目標散射特性研究以及量子探測原理的實驗驗證，並且在外場完成真實大氣環境下目標探測試驗，實現了百公里級探測威力，探測靈敏度極大提高，指標均達到預期效果，取得階段性重大研究進展及研究成果。量子雷達以量子態作為接收對象，可以豐富探測手段，提高對目標的探測性能。這一利用量子態所具有的特性，有望解決傳統雷達在隱身目標檢測、電子戰條件下的生存、平台載荷限制等諸多瓶頸問題，從而全方面提升雷達的各項性能指標。），而時間相關單光子測距雷達則是一種只適合於近距離高精度測距，而探測威力一塌糊塗的雷達——不用説太陽光，就是一個手機LED燈功率的激光燈（卸掉激光燈的聚焦鏡，只保留準直鏡）10米處的光強，就足以淹沒任何光子計數器的計數功能，光子計數器由此也就分辨不出來光子數了，何談抗干擾？何談探測遠距離目標？別説白天了，晚上都沒法遠距離探測。這與14所的報道顯然矛盾。所以任何從這麼外行的發言就一下子就判斷那位行者御風雖然聲稱自己學過量子力學——這我大約信了，但也沒學明白，基礎知識糟糕。當然，還要一類叫“量子增強雷達”，是利用量子路徑積分法對光場的量子壓縮態進行信號處理的雷達也可以具有比經典雷達更高的靈敏度和精度。但那個目前還未聽説有樣機，技術難度也更高，而且測角精度高速度快，也不是14所雷達描述的這個測遠距離慢速目標的特點。如果是量子增強雷達，就能測快速目標了。    當然量子照射雷達和量子增強雷達是不矛盾的，兩者可以合二為一。目前的量子照射雷達一般還不具有量子增強雷達的量子路徑積分處理信號的能力，測角的信號處理算法還是經典雷達式的比光強法或最大光強法，由於量子照射的照射和接收功率都很低，比光強法也好，最大光強法也罷，都需要進行足夠的光子計數時間，獲得足夠的光子計數才能比較，故而測角慢精度差——這也是我判斷14所的這個雷達還是單純的量子照射雷達的主要理由之一。