本文经人工智能新媒体量子比特（公众号ID：QbitAI）授权转载。转载请联系出处。“量子纠缠雷达”，听起来像民科？其实这是物理学家们一直在认真研究的黑科技，而且还发表在了物理学顶级期刊PRL（PhysicalReviewLetters）上。论文称，这种雷达的精度可达普通雷达的500倍。雷达概念图等一下，量子纠缠和雷达是怎么走到一起的？简单来说，量子纠缠可以弥补传统雷达信号衰减过快的缺点。在发射和接收信号两个过程中，传统雷达的信号强度随距离的平方衰减。总之，这导致雷达信号随着距离的四次方衰减。这个衰减度是什么概念？我们来看一组数据：如果用功率为1kW的信号发射器和增益为10的天线探测5公里外1平方米的物体，接收到的反射信号只有几纳瓦。我们平时使用的手机，信号满时的辐射功率为0.1W，是上例中接收信号强度的1亿倍。于是，为了节省这种程度的衰减，研究人员开始想办法：无外乎两个方向，要么加强辐射，要么优化接收。如果选择前者，实在是太不划算了。根据雷达信号的四次功率衰减，如果要使接收信号强度增加一倍，需要将辐射强度增加16倍。因此，研究人员将注意力转向了接收过程。这时候，量子纠缠就发挥作用了。量子纠缠如何提高精度量子纠缠是量子力学中的一种独特现象，这意味着微观粒子在某些物理性质上是相关的，并且是自然配对的。例如，如果一副普通手套装在两个盒子里，那肯定有左手和右手。当其中一个被确定时，另一个也被确定，不管两个盒子相距多远。量子纠缠假设两个具有某种隐藏联系的微观粒子处于纠缠状态。于是研究人员想到：如果我们产生一些纠缠光子，只发射其中的一半，等到信号反射回来，再用剩下的一半进行比较会怎么样。aS和aI相互纠缠，一个用于发射，一个用于检测。无论信号如何衰减，这些孪生光子都可以轻松配对。这不是大大提高了雷达的精度吗？计算结果确实符合预期。庄群涛和杰弗里推断，量子雷达的均方距离延迟精度比传统雷达高出数十分贝。除了理论推理，研究人员还利用无人机实际测试了量子雷达的准确性。在100米距离探测无人机的场景下，量子雷达的精度是传统雷达的60倍。从下图可以直观的看出两者的对比，其中横轴代表信噪比，纵轴代表均方距离延迟精度（越低越好），红线是量子雷达的性能：从图中可以大致看出，量子雷达在所有信噪比区间都优于传统雷达。在高信噪比（高达15-20分贝）下，量子雷达（红线）与传统雷达（蓝线和青线）相比具有较小的精度优势。在信噪比较低的情况下，优势更为明显，例如当信噪比在5-10分贝之间时，量子雷达的精度约为传统雷达的500倍。关于作者这项工作的研究人员是QuntaoZhuang和JeffreyH.Shapiro。庄群涛2013年毕业于北京大学，获博士学位。2018年获得麻省理工学院物理学博士学位。他目前是亚利桑那大学的助理教授。而JeffreyH.Shapiro是麻省理工学院电子研究实验室的前主任，也是麻省理工学院光学和量子通信组的主任。
