最优量子接收机及量子目标探测与识别研究

This project plans to construct an optimum quantum receiver-feedforward sum-frequency generation receiver, which bridge the 3 dB gap of entanglement-enhanced error exponential between sub-optimum and optimum quantum receiver, to investigate quantum target detection and discrimination based on the multi-parameter quantum estimate theory. By applying the constructed optimum quantum receiver and developed theory and method, novel quantum target detection and discrimination experiments for Rayleigh-fading target, Neyman-Pearson target, and stealthy target will be performed. This project will promote the status of quantum illumination target detection from just judging the presence or absence of target to detecting and discriminating the target.

本项目拟研制能完全饱和量子照明目标探测纠缠增强性能的前馈和频产生最优量子接收机，跨越已实现的亚最优量子接收机与待实现的最优量子接收机之间误差指数纠缠增强的3 dB鸿沟；研究基于多参数量子估计的量子目标识别理论与方法，突破量子目标探测接收机只能探测目标存在与否而不能对目标进行识别的限制；利用所研制的量子接收机和量子目标识别理论与方法进行瑞利衰减目标、Neyman-Pearson目标、隐身目标等新型量子目标探测与识别实验研究。使量子照明目标探测实现从只能判断目标的有无发展升级成能对量子目标识别的方法和技术。

迄今仅知的量子照明目标探测最优量子接收机的原理只可以在量子计算机上进行舒尔变换来实现，因此在最近的将来是不大可能实际物理实现的。而此前提出的两种量子照明目标探测量子接收机方案虽然也具有量子纠缠增强效果，但都只可以达到理论上最优性能的一半。本项目所研究的前馈和频产生量子接收机结构无需依赖量子计算机资源，具有现实可行性并且理论上能达到量子增强最优性能，从而能跨越亚最优量子接收机与最优量子接收机之间3 dB鸿沟，实现量子照明目标探测的技术突破，使量子照明从理论走向实践应用。首先我们进行了量子接收机理论研究与方案设计；然后我们进行了量子信号处理软件编写及硬件构建；接着我们研究了量子照明光场调控与传输的新机制；最后我们研究了量子目标特性。本项目以上研究进展为量子照明目标探测的应用提供了知识储备和技术支撑。