“量子糾纏雷達”，聽起來是不是像民科？其實這可是實體學家正經研究的黑科技，還發表在了實體學頂刊 PRL（實體評論快報）上。論文裡說，這種雷達的精度可達普通雷達的 500 倍。
等一下，量子糾纏和雷達，這倆是怎麼湊到一塊去的？簡單來說就是，量子糾纏可以彌補傳統雷達信号衰減太快的缺點。
傳統雷達在發射信号和接收信号這兩個過程中，信号強度都随距離的二次方衰減。合在一起就導緻雷達信号随距離的四次方衰減，也就是說，如果想把接收信号強度增強兩倍，需要把輻射強度提高 16 倍！
這種程度的衰減是什麼概念呢？我們來看一組資料就知道了：
假如一個信号發射器功率為 1kW，加上增益為 10 的天線，去探測 5 公裡外一個 1 平米的物體時，收到的反射信号隻有幾納瓦。而像我們平時用的手機，在滿格信号的時候都有 0.1W 的輻射功率，是上述例子中接收到信号強度的一億倍。
于是，為了拯救這種程度的衰減，研究人員開始想辦法：方向無非是兩種，要麼增強輻射，要麼優化接收。如果選前者，實在太不劃算，根據雷達信号的四次方衰減，要想把接收信号強度增強兩倍，需要把輻射強度提高 16 倍。是以，研究人員把目光放在接收的過程上。
這時候，量子糾纏登場了。
量子糾纏如何提高精度
量子糾纏是量子力學中獨有的一種現象，指的是微觀粒子在一些實體性質上會有關聯，天生就是配對的。
舉個栗子，有一副正常的手套分裝在兩個盒子裡，一定會有一隻左手和一隻右手。當确定其中一個的時候，另一個也随之确定，無論這兩個盒子距離有多遠。
像這樣有某種暗戳戳的聯系的兩個微觀粒子就處于糾纏态。于是，研究人員想：如果我們生成一些互相糾纏的光子，然後隻發射一半，等到信号被反射回來時，再用剩下的一半做對比。
無論信号怎麼衰減，這些孿生光子都可以輕松配對，豈不是可以大大提高雷達精度？
計算結果也确實如其所料。Quntao Zhuang 和 Jeffrey 推導出，量子雷達的均方距離延遲精度要比傳統的雷達高幾十個分貝。除了理論推理，研究人員還用無人機來實際檢測了一下量子雷達精度。在 100m 遠處檢測無人機的情境下，量子雷達比傳統雷達的精度高了 60 倍。
兩者的對比可以直覺得從下圖中看出，其中橫軸代表信噪比，縱軸代表均方距離延遲精度（越低越好），紅線為量子雷達的表現：
從圖中大體可以看出，量子雷達在全部信噪比區間都比傳統雷達要好。在信噪比較高（達到 15-20 分貝）時，量子雷達（紅線）比傳統雷達（藍線和青線）有小幅精确度優勢。在較低信噪比情況下優勢更為明顯，例如信噪比在 5-10 分貝之間時，量子雷達的精度大約是傳統雷達的 500 倍。
作者簡介
這項工作的研究人員是莊群濤和 Jeffrey H. Shapiro。
莊群濤在 2013 年畢業于北京大學，2018 年拿到麻省理工的實體學博士學位，目前在亞利桑那大學任助理教授。
而 Jeffrey H. Shapiro 是麻省理工電子研究實驗室前主任，也是麻省理工光學和量子通信組主任。
參考連結：
[1]https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.128.010501
[2]https://arstechnica.com/science/2022/01/entangled-microwave-photons-may-give-500x-boost-to-radar/
[3}https://www.technologyreview.com/2019/08/23/75512/quantum-radar-has-been-demonstrated-for-the-first-time/