量子雷达毕业设计答辩PPT

1、量子雷达量子雷达答辩人：吴波 指导老师：郭元术信息工程学院目录1第一章 绪论2第二章 量子雷达技术3第三章 量子纠缠及其在量子雷达中的应用4总结展望 量子量子量子是一个物理量，如果存在最小的不可分割的基本单位，则这个物理量是量子化的，并把最小单位称为量子。第一章第一章 绪论绪论 量子光束超距作用超距作用超距作用超距作用 是物理学历史上出现的一种观点。它认为（至少在早期）：相隔一定距离的两个物体之间存在直接的、瞬时的相互作用，不需要任何媒质传递，也不需要任何传递时间。量子纠缠量子纠缠量子纠缠量子纠缠（quantum entanglement），又译量子缠结，是一种量子力学现象。在量子力学里，两个

2、粒子在经过短暂时间彼此耦合之后，单独搅扰其中任意一个粒子，会不可避免地影响到另外一个粒子的性质，尽管两个粒子之间可能相隔很长一段距离，这种关联现象称为量子纠缠。量子雷达量子雷达量子雷达 是将量子信息技术用于目标探测的电子设备，它是将量子信息调制到雷达信号中，通过识别雷达回波信号中，单个光子的状态信息变化而获得目标信息，从而完成目标探测的电子设备。 量子雷达是对经量子雷达是对经典雷达理论的更典雷达理论的更新和补充，而不新和补充，而不是颠覆和取代是颠覆和取代量子雷达原理量子雷达组成 量子雷达关键技术电磁波的量子特性 电磁波的量子特性分析人类图像处理系统分析第二章第二章 量子雷达技术量子雷达技术 波

3、粒二象性波粒二象性微观粒子有时会显示出有时会显示出波动性波动性( (这时这时粒子性粒子性较较不显著不显著) )，有时又会显有时又会显示出粒子性示出粒子性( (这时波动这时波动性较不显著性较不显著) )，在不同，在不同条件下分别表现出波动条件下分别表现出波动或或粒子粒子的性质。这种的性质。这种量量子子行为称为行为称为波粒二象波粒二象性性人类图像处理系统人类图像处理系统人类的大脑是一个性能优良的、并行的图人类的大脑是一个性能优良的、并行的图像处理器。从人类大脑的神经网络处理信像处理器。从人类大脑的神经网络处理信息的方式息的方式, , 可以得到如下几点结论可以得到如下几点结论: :人类的视网膜感应的

4、是光波的粒子特性人类的视网膜感应的是光波的粒子特性( ( 类类似太阳能电池板似太阳能电池板) ) 人类大脑的神经网络具有量子感应特性人类大脑的神经网络具有量子感应特性( ( 对对单量子脉冲有反应单量子脉冲有反应) )人类大脑的神经网络是并行处理图像信息人类大脑的神经网络是并行处理图像信息, , 且具有量子计算的自然而高效的并行特点。且具有量子计算的自然而高效的并行特点。 123量子雷达的组成量子雷达的组成 量子雷达由发射系统和接收系统组成。量子雷达由发射系统和接收系统组成。如图如图1 1 所示所示, ,发射系统主要由靶发射系统主要由靶(n(n个原个原子组成子组成) )、量子编码系统和磁透镜组成

5、。、量子编码系统和磁透镜组成。接收系统由磁透镜、接收靶和信息处理接收系统由磁透镜、接收靶和信息处理系统组成系统组成, , 如图如图2 2。量子雷达的关键技术量子雷达的关键技术 量子信息调制技术量子信息调制技术 量子信息量子信息解调解调技术技术 量子信息量子信息处理处理技术技术量子信息编码量子信息调制量子信号发射量子信息调制技术量子信息调制技术量子信息编码量子信息调制 量子信息量子信息解调解调技术技术接收信号去信息处理器信息处理技术信息处理技术分常规计算机处分常规计算机处理和量子计算机处理理和量子计算机处理123第三章第三章 量子纠缠及其在量子雷达中量子纠缠及其在量子雷达中 的应用的应用在物理学

6、中，量子纠缠是指存在这样一些态在物理学中，量子纠缠是指存在这样一些态: :一、一、A,B,CA,B,C，在，在ttt 时，它们的状态由时，它们的状态由HilbertHilbert空间空间HAHA，HBHB，HC.HC.，中的矢量，中的矢量| | (t)A(t)A，| (t)B| (t)B，| (t)C,| (t)C,所描述，由所描述，由A A，B B，C C空间空间构成的量子系统构成的量子系统ABCABC则由则由HilbertHilbert空间空间HABC.=.HA HABC.=.HA HB HB HC.HC.中矢量中矢量| (t)A| (t)A，| (t)B| (t)B，| (t)C| (t

7、)C所描述，则所描述，则这样的态被称为比这样的态被称为比HilbertHilbert空间的直积态。否则称态空间的直积态。否则称态| (t)A| (t)A，| (t)B| (t)B，| (t)C,.| (t)C,.是纠缠态。是纠缠态。量子雷达的分类量子雷达的分类 有源量子雷达有源量子雷达无源量子雷达无源量子雷达线性量子雷达线性量子雷达非线性量子雷达非线性量子雷达 线性量子雷达系统线性量子雷达系统 编码调制解调解码经典信息对不同自旋态的电子进行编码激发出相应状态的光子激发出相应序列的运动经典信息发射波回波 基本原理基本原理：将经典的信息对不同自旋态的：将经典的信息对不同自旋态的电子进行编码；编码后

8、的电子序列用于激发出电子进行编码；编码后的电子序列用于激发出相应的光子相应的光子( (电磁波电磁波) )序列，从而完成量子信息序列，从而完成量子信息的调制和发射信号的形成接收端通过逆的激发的调制和发射信号的形成接收端通过逆的激发过程，解调出发射信号中的量子信息，即利用过程，解调出发射信号中的量子信息，即利用接收到的回波光子序列，引起接收端器件介质接收到的回波光子序列，引起接收端器件介质上的相应的电子序列运动，完成量子信息的提上的相应的电子序列运动，完成量子信息的提取。取。 优点优点发射信号能量低，隐蔽机动性极强接收机灵敏度高，可探测各种隐身目标回波粒子特性显著，易于成像抗干扰能力强相对于非线性

9、量子雷达，原理和技术相对成熟非线性量子雷达非线性量子雷达 利用量子纠缠技术实现的量子通信系统利用量子纠缠技术实现的量子通信系统 非线性量子雷达系统的组成非线性量子雷达系统的组成 基本原理基本原理：通过向目标发射纠缠光子对中：通过向目标发射纠缠光子对中 的一个，当其受到目标的作用而改变状态时，的一个，当其受到目标的作用而改变状态时，未发射的另一个也同时改变状态，通过计算未发射的另一个也同时改变状态，通过计算未发射粒子状态的变化时间而获得目标的距未发射粒子状态的变化时间而获得目标的距离信息离信息( ( 量子雷达与量子通信系统的主要区量子雷达与量子通信系统的主要区别是：雷达信号不需要约定，即只要探测

10、到别是：雷达信号不需要约定，即只要探测到回波信号状态变化，就可确定目标信息回波信号状态变化，就可确定目标信息。因因此，只要测到纠缠粒子此，只要测到纠缠粒子b b的状态变化就可确的状态变化就可确定纠缠粒子碰到目标；定纠缠粒子碰到目标； 纠缠粒子纠缠粒子b b的状态变的状态变化可以比对其初始状态即可化可以比对其初始状态即可) )，进而还可获，进而还可获得其他信息得其他信息 优点优点 缺点缺点不需要接收回波就可探测目标信息，信号受到不需要接收回波就可探测目标信息，信号受到的干扰小的干扰小接收机灵敏度高于线性量子雷达接收机灵敏度高于线性量子雷达信号调制解调简单信号调制解调简单纠缠态粒子状态检测困难，因

11、此系统实现相对纠缠态粒子状态检测困难，因此系统实现相对困难困难探测距离受到纠缠粒子对驰豫时间的限制探测距离受到纠缠粒子对驰豫时间的限制 无源量子雷达无源量子雷达 基本原理基本原理：将目标发出的电磁波：将目标发出的电磁波( (光子光子) )通过通过聚焦处理，经过单光子接收机进行单光子信号聚焦处理，经过单光子接收机进行单光子信号辨识。然后经过量子神经网络进行综合，最后辨识。然后经过量子神经网络进行综合，最后形成图像信息输出。这种方案的优点是：系统形成图像信息输出。这种方案的优点是：系统完全模拟人眼成像过程，利用光子的粒子特性完全模拟人眼成像过程，利用光子的粒子特性获得目标的几何特征，从而对目标进行直接成获得目标的几何特征，从而对目标进行直接成像；系统没有发射信号，隐蔽性强；信号在单像；系统没有发射信号，隐蔽性强；信号在单光子量级上进行辨识，接收机灵敏度高，可探光子量级上进行辨识，接收机