量子成像(鬼成像)技术。

中国在量子科学领域取得的成就举世瞩目:量子通信卫星、量子计算机……如今又多了一个量子成像(鬼成像)技术。据香港《南华早报》网站26日报道,鬼成像间谍卫星或许将在10年内成为中国军方的“游戏规则改变者”,基于鬼成像原理开发的探测器可在夜间追踪隐形轰炸机。

鬼成像卫星可识别隐形战机

报道称,现有的伪装技术,无论是隐藏战场上坦克或士兵的简单烟幕弹,还是隐形战机或隐形军舰上的高科技雷达吸收材料,对于鬼成像探测器都不起作用。物理学家说,鬼成像技术不仅可以检测到从昏暗目标中脱离出来的极少量光线,还可通过与周围环境中的其他光线相互作用,获得前所未有的灵敏度,从而获得比传统方法更多的信息。据研究人员介绍,配备新量子传感器的卫星将能识别和追踪空中的隐形目标,例如在夜间起飞的隐形轰炸机。    

美国隐形战机

报道特别提到美国的B-2轰炸机,它是世界唯一一种隐形战略轰炸机。B-2大多在夜间掩护下飞行,部分原因是为避开间谍卫星上的高清晰度光学相机。同时该机有特殊的涂层和结构来偏转或吸收由天基合成孔径雷达产生的一定带宽的微波,并拥有减小红外特征的红外抑制技术。它的继任者B-21也使用了类似的技术,并进行了改进,预计将在2025年服役。

《南华早报》称,中国科学院量子光学重点实验室研究主任龚文林说,他们正在研究的技术被设计用来捕捉像B-2一样的“隐形物体”。他表示,在著名量子光学物理学家韩申生带领下,实验室将在2020年之前完成一台原型机,目标是在2025年之前在太空测试这项技术。他表示,到2030年将会有一些大规模的应用。

鬼成像技术优势巨大

接受环环(ID:huanqiu-com)的中国专家表示,鬼成像又称双光子成像或关联成像,是利用量子纠缠的特性,或光场的强度关联特性,以获取物体信息的新成像方式。鬼成像卫星拥有两个摄像头,一个使用桶状的单像素传感器瞄准感兴趣的目标区域,而另一个摄像头测量环境中更宽区域的光场变化。

几乎任何光源,如太阳、月亮甚至荧光灯都可以照亮目标。另外一种方式是从卫星产生一对物理上“纠缠”或“相关”的激光束以照亮物体及其周围环境。科学家通过分析和合并两个摄像头接收的信号,以一套复杂的量子物理学算法制作出一个以前认为不可能的、极高分辨率的目标图像。而黑暗、云层等影响能见度的因素将不再重要。

据称,鬼成像卫星比最先进的雷达卫星更能揭示目标的更多细节。因为量子成像可以从广泛的光谱中收集数据,对于人眼而言,它们产生的图像比黑白雷达图像看起来更“自然”。据称,鬼成像相机还可以识别目标的物理性质,甚至是化学成分。这意味着军方将能够区分诱饵,例如在机场展示的战斗机形状的诱饵或隐藏在伪装网下的导弹发射装置。

报道称,中国科学院光电科学研究院研究员、全国遥感技术标准化委员会秘书长唐伶俐说,目前中国已有许多新设备完成研制,并准备安装在地面雷达站、飞机和飞艇上。她还透露:“卫星是下一步的目标。”

仍然面临许多工程挑战

中国并非唯一一个在努力推进鬼成像技术的国家。美国陆军研究实验室从2003年就开始在此方面努力。不过中国团队于2011年在全球率先通过地面实验展示该技术的工程可行性。3年后,美军实验室才宣布类似结果。龚文林表示,“我们在地面上击败了他们,我们有信心在太空再次击败他们”。据称,龚文林的实验室正在与包括美国陆军研究实验室在内的海外竞争者就尽快推出世界上第一颗鬼成像卫星展开竞争。

报道称,鬼成像技术可能成为军事行动的“游戏规则改变者”。“每年有200名量子光学科学家聚集在中国,分享他们的新发现和工程应用的最新进展”。不过报道也承认,要建造鬼成像卫星,必须克服许多工程上的挑战。

据介绍,如果卫星使用自然光源,如太阳和月亮光,那么就需要有非常快速的传感器来检测光线的微小变化,甚至需要能探测到几十亿分之一秒的变化,并捕捉其中量子物理现象。如果使用激光等人造光源,则需要非常强大的功率,才能到达距离地面较远的目标。

鬼成像技术的一个挑战仍然是远距离成像。另外,鬼成像卫星用来发现跟踪飞行目标也比较困难。现在的光学卫星和合成孔径雷达卫星已经可以发现地面上的飞机,但是并未应用于对飞行中的飞机进行探测、跟踪和预警,因为飞行中的飞机是高动态目标,卫星运行有一定轨迹,相机视角有限,实时检测地面背景下的飞机也很难,即便鬼成像卫星研制成功,将其用于探测飞行中的隐形飞机,可能还要多研究。

相关专家表示,中国已经建成并运行了世界上第一颗、也是唯一的量子卫星,为中国科学家提供了大量的实验数据和工程经验。报道称,“鬼成像理论已经确立和被理解,未来应用的速度很大程度上取决于政府愿意花多少钱。”