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涡旋电磁波轨道角动量传输的量子电动力学分析

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中国科学：信息科学 2023年第3期53卷 566-584页

作者：张超王元赫清华大学航天航空学院航空宇航电子系统实验室北京100084

随着可用频率等无线传输资源逐渐消耗殆尽,基于电磁波轨道角动量(orbital angular momentum,OAM)新维度的数据传输成为未来无线通信系统潜在核心关键技术.具有OAM的电磁波被称为涡旋电磁波,具体可分为通过回旋电子辐射生成的涡旋电磁波... 详细信息

随着可用频率等无线传输资源逐渐消耗殆尽,基于电磁波轨道角动量(orbital angular momentum,OAM)新维度的数据传输成为未来无线通信系统潜在核心关键技术.具有OAM的电磁波被称为涡旋电磁波,具体可分为通过回旋电子辐射生成的涡旋电磁波量子,以及由不同相位的电磁波量子叠加生成的统计态涡旋波束.然而,由于统计态涡旋波束被认为是基于多天线的多输入多输出(multipleinput multiple-output,MIMO)系统的一种在直射信道环境下波束成形的特例,从而对电磁波OAM传输是否具有新维度产生争论.特别是从微观层面到宏观层面,目前缺少相应理论文献和分析方法予以澄清.为解决这个问题,本文提出了一种基于量子电动力学(quantum electro-dynamics,QED)的轨道角动量分析方法,结合统计物理学概念,对涡旋电磁波轨道角动量传输过程进行分析,明确了量子态和统计态的区别.本文的主要创新点包括:(1)提出了一种结合统计物理学的量子电动力学分析方法,建立了电磁波微观状态与宏观状态的桥梁;(2)采用所提方法,对统计态OAM涡旋波束进行了全面分析,并与量子态OAM涡旋电磁波量子进行了充分对比;(3)针对涡旋电磁波物理新维度的质疑,明确了量子态OAM为无线传输系统提供新维度.本文分析指出:量子态OAM涡旋电磁波量子与统计态OAM涡旋波束关于轨道角动量定义的内涵是不同的,分别属于内禀和外部OAM,从而导致了统计态OAM涡旋波束的外部OAM与电场强度的空域紧耦合,这也是统计态OAM涡旋波束传输不会超过传统多天线MIMO传输最大容量界的根本原因;与之相比,量子态OAM则是在物理上完全独立于电场强度且与宏观空域解耦,可构成无线传输新维度.因此,含有内禀OAM的量子态OAM涡旋电磁波量子是开发电磁波新资源的发展方向,以其为核心关键技术的无线通信系统则是未来的发展趋势.

关键词：电磁波轨道角动量涡旋波束量子电动力学涡旋电磁波量子微波量子无线通信 MIMO

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基于接收端量子增强的深空雷达接收体制研究

低温与超导 2023年第1期51卷 99-104页

作者：左涛于溢琛葛鹏杨利民中电博微电子科技有限公司合肥230088 中国电子科技集团公司第三十八研究所合肥230088

本文针对地基深空雷达对超高接收灵敏度的需要,重点开展了基于接收端量子增强的方案研究,提出了可行技术路径,凝炼出关键技术。该体制不改变传统发射结构,仅在接收端对极微弱回波做量子增强检测处理,借助低噪声低温电子、稀释制冷和先... 详细信息

本文针对地基深空雷达对超高接收灵敏度的需要,重点开展了基于接收端量子增强的方案研究,提出了可行技术路径,凝炼出关键技术。该体制不改变传统发射结构,仅在接收端对极微弱回波做量子增强检测处理,借助低噪声低温电子、稀释制冷和先进超导探测器件等,利用微波量子提升雷达的远程感知能力,与光波段不同,理论上能够全天时、全天候、超远距离探测目标,在近地小行星探测、空间目标监视等领域有较大应用前景。

关键词：微波量子深空雷达远程感知超导

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量子雷达发展趋势及对抗方法

电子信息对抗技术 2021年第3期36卷 1-6,12页

作者：吴峰顾杰鲜佩朱龙电子信息控制重点实验室成都610036

针对量子雷达基本原理、技术发展方向以及侦察对抗方法等问题,从电子对抗角度开展相关研究。基于量子信息技术现状和雷达探测应用需求,详细分析量子雷达的类型、优势、工程现状和未来形态;并以目前技术成熟度较高的单光子计数雷达为对象... 详细信息

针对量子雷达基本原理、技术发展方向以及侦察对抗方法等问题,从电子对抗角度开展相关研究。基于量子信息技术现状和雷达探测应用需求,详细分析量子雷达的类型、优势、工程现状和未来形态;并以目前技术成熟度较高的单光子计数雷达为对象,建立雷达探测模型与雷达对抗模型,对其可能达到的探测效果、应用边界和对抗效能进行评估。

关键词：量子接收机量子纠缠微波量子电子侦察电子干扰目标检测概率

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量子探测技术前沿进展及应用

量子探测技术前沿进展及应用