新雷達技術專破隱身戰機 將撕下F-35的「偽裝」——還有量子通信

香港《南華早報》網站9月27日發表了陳冰琳的題為《中國研發新雷達技術以揭下隱形戰鬥機的偽裝》的報道。

有科學家說，中國最大的武器製造商已經完成對一件用於偵察隱身戰機的新裝置的測試，並且如果能在衛星或飛機上得到應用，這項技術可能會成為軍事上的「制勝法寶」。

毫米波/太赫茲雷達系統概念圖（射頻與光子信息處理研究中心網站）

中國媒體周一報道稱，中國兵器工業集團公司上周在四川成都一處軍事研究設施內對一件裝置進行了測試，這件裝置能夠以前所未有的強度產生太赫茲輻射。

太赫茲輻射能夠穿透複合材料，抵達內部金屬層，這項技術在工業工廠中被廣泛用於檢查產品缺陷。

太赫茲雷達已經能夠發現藏在數百米外人群中的武器，並且研發人員現在正致力於增強其性能，將其安裝在預警機或衛星上以偵察並追蹤包括美國的F-22和F-35隱身戰鬥機在內的軍用飛機。

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紅外感測器拍攝的F-35B戰機VTOL起飛動態圖

將太赫茲技術應用到軍事領域的嘗試受限於太赫茲發射器龐大的體積和低輸出功率。太赫茲波的波長在波譜上介於微波和紅外光之間，並且無法通過常規的無線電或光學裝置產生太赫茲輻射。

中國工程物理研究院2015年在一架直升機模型上測試了太赫茲雷達。

太赫茲雷達及成像實驗（中國工程物理研究院網站）

報道中說，新裝置能夠產生穩定且連續的輻射，平均功率最高達18瓦特，而微脈衝峰值功率最高則接近1兆瓦特，與某些軍用雷達相當。

F-35在製造過程中需要用到太赫茲設備，而為其提供所需設備的一家中國供應商的技術主管說，報道中提到的裝置的功率水平「要比用來測量F-35塗層厚度的太赫茲設備的功率高出一百多萬倍」。

這位技術主管說：「如果（中國這件裝置的）功率真的像他們所說的那麼高的話，那麼F-35機身雷達吸波塗層看起來就會像絲襪一樣薄、一樣透明。」

這位技術主管還說：「看起來他們很快就能從相當遠的距離……獲取F-35的回波圖像，並且有些細節會顯示得非常清晰。」

F-35戰機進行夜間加力加速試飛。

中國聲稱其目前擁有的一些甚高頻雷達能夠發現隱身戰機的蛛絲馬跡，但對此持懷疑態度的人士說，這些裝置發射的微波會被隱身材料吸收，或者隱身材料會改變微波的傳播方向。

新裝置由位於綿陽的中國工程物理研究院——中國最大的核武器研發和生產研究機構——研發。

據該機構網站上發布的信息，中國正努力提高該裝置的輸出功率並縮小其體積以尋求在軍事領域的應用。

1/72比例T80坦克模型的太赫茲逆合成孔徑雷達成像（新華網）

哈爾濱工業大學微波工程系副主任祁嘉然說，新裝置可能成為制勝法寶。

祁嘉然是太赫茲成像專家，但沒有直接參与成都項目。祁嘉然說，這篇報道表明中國在某些關鍵技術和關鍵組件上已經取得突破。

但是應用這項技術的裝置體積仍然龐大，在飛機或衛星上安裝具有一定難度。

祁嘉然說：「實際部署可能需要輸出功率達到千瓦級。如果想從太空中監視隱身戰鬥機或轟炸機的話，我們還有很長的路要走。」

我們知道美軍是反導技術最強的國家，中國與美國的水平基本上在一個水平線上。其實俄羅斯在反導能力上遠不如中國的，因此，俄軍要想具備攔截核導彈的能力必須要和中國合作。

也許有人認為，俄羅斯A-235型戰略級反導武器，擁有數厘米的超級精度，比中國先進，為啥還用我們幫助？俄羅斯A-235型戰略級反導武器紙面性能很厲害，其53T6型瞪羚攔截導彈的攔截精度可達到數厘米。但是，這只是一種必須由地面操作人員通過無線電指令進行控制的導彈系統。在超過30000米高空以後，由於離子云等原因，將會妨礙無線電信號的傳播和接收。並且，這種系統需要大量雷達和地面控制系統才能發揮戰鬥力，因此，俄軍這種最先進反導系統的實戰能力，其實並不強，可以說很弱。

中國具備的是中段反導能力的紅旗19反導系統，這是完全2個層次的反導武器。俄羅斯不具備中段攔截能力，也就是說，俄軍實際上沒有能力在大氣層以外攔截中程彈道導彈的能力。

俄軍現在的反導系統，只能對付老式彈道導彈和短程彈道導彈，因此，俄軍要想有效攔截核戰鬥部彈道導彈，就只能向中國學習或者引進設備了。所以，我國和俄羅斯舉辦了2017空天防禦聯合反導演習，還有2016空天防禦演習，這對於提高俄軍的反導能力，有著很大的幫助。

「京滬幹線」與「墨子號」量子衛星的完美對接，預示著天地一體化廣域量子通信網路雛形已經形成，未來將以此為基礎，推動量子通信在金融、政務、國防、電子信息等領域的大規模應用，建立完整的量子通信產業鏈和下一代國家主權信息安全生態系統，最終構建基於量子通信安全保障的量子互聯網。「京滬幹線」的建成和開通將吸引和培育一批量子保密通信領域的上下游企業，使量子保密通信產業成為我國重要的戰略性新興產業。

天地一體化廣域量子通信鏈路示意圖

洲際量子保密通信示意圖

「京滬幹線」項目情況

下面我們聊聊量子通信

別看量子力學處處古怪，

關鍵時候它能幫你保密呢。

2017年，由中科院領導、中國科學技術大學作為項目建設主體承擔，中國有線電視網路有限公司、山東信息通信技術研究院、中國科大先進技術研究院、中國銀行業監督管理委員會等單位協作建設的量子保密通信「京滬幹線」順利開通。

這是世界上首條全長2000公里級別的，能夠實現「天地一體化」的量子保密通信網路。

1為什麼要搞量子保密通信？

網上買買買的時候你有沒有想過，

你的手機向銀行發起的交易信息，

真的安全嗎？

答案是暫時安全，

因為網路交易信息都經過了加密。

（即RSA加密）

要想破解RSA加密的密鑰，

就要把一個很大很大的數，

（例如一個1024位的大數）

用暴力方法分解成

兩個質數的乘積。

這個過程非常漫長，

用超級計算機太湖之光，

加上目前最優的演算法，

大概還是需要50年。

如果位數再增加幾位，

想要破解就得100年起了。

如果將來有了量子計算機，

運用量子計算的肖爾演算法，

別說1024位的密鑰了，

就連破解2048位的密鑰，

它都只需要幾秒鐘。

所以，

為了未來的信息安全，

許多國家需要研究和應用

量子保密通信技術。

2什麼是量子保密通信？

量子保密通信說白了，

就是利用量子力學的幺蛾子性質，

先發送、後產生一組完全隨機的密鑰，

供通信雙方加密和解密時使用。

整個過程不可竊聽，

產生的密文不可破解，

在物理上是絕對安全的。

網上傳輸所有的信息時，

都要先把信息轉換成比特0和1。

假如你用傳統的方法，

在光纖中傳輸一段密碼，

就得用很多光子組成的脈衝表示1，

用沒有光子的空白狀態表示0。

這麼多光子在光纖中跑，

想要竊聽而不被發現，

一點兒也不難。

但是在量子保密通信中，

科學家表示0和1的方法，

是單個光子的偏振狀態。

比方說，

如果跑來一個0度偏振的光子，

我們就會接收到比特0；

如果跑來一個90度偏振的光子，

我們就會接收到比特1。

量子通信的科學家非常雞賊，

他們不但用0度和90度表示0和1，

還制定了一個奇葩的規定：

45度的光子也可以表示比特0，

135度的光子也可以表示比特1。

所以，

他們發送的0和1的序列，

必然隨機包含兩種類型的光子。

當一個45度偏振的光子，

跑到測量0度和90度偏振的

接收器面前時，

又會得到什麼結果呢？

量子力學中有個幺蛾子，

叫做量子疊加態。

簡單地說，

45度的偏振，

可以看作是0度和90度偏振的疊加。

但是，

接收器顯然不會

同時探測到0度和90度的偏振，

而是隨機得到其中一種結果：

要麼是0度偏振（比特0）

要麼是90度偏振（比特1），

兩種結果都有一定概率發生。

這就是量子力學的另一個幺蛾子：

「上帝擲骰子」！

所以，

我們得到一個經驗：

如果接收器和光子偏振方向不一致，

就無法接收到正確的比特。

只有接收器和光子偏振方向一致時，

才能接收到正確的比特。

假設有人不自量力，

非要在半路竊聽，

由於他不知道每個光子發出的方向，

就算他接收到了一堆比特，

其中也會有大量的錯誤。

如果他自作聰明，

把含有大量錯誤的比特，

重新發送出去。

接收方收到比特後，

發現錯誤很多，

自然會知道有人在竊聽！

所以，

量子保密通信

在通信的過程中不可竊聽。

當科學家產生和發送量子密鑰時，

他總是先隨機發射兩類光子，

接收方則會隨機擺弄接收器的方向，

這會導致很多光子的接收失敗。

然後，

科學家會和接收方通個電話，

交流一下哪些光子失敗，

哪些光子成功。

把失敗光子的比特統統刪除，

剩下的比特就組成了量子密鑰。

因為每串秘鑰都是隨機產生的，

由此加密的信息便統統不可破解。

3如何建造量子通信的京滬幹線？

2016年8月，

我國發射了一枚量子實驗衛星，

這是通向量子保密通信的關鍵一步。

不過，

由於衛星並不在同步軌道上，

而是不斷在天上跑來跑去，

它不能24小時為我們提供服務，

所以，我們還要建造

地面量子通信系統：京滬幹線。

京滬幹線的建造方法，

看起來非常簡單。

就是用你上網用的光纖，

把量子通信收發裝置連起來。

由於在遠距離通信中，

單個光子很容易被光纖吸收或散射，

所以在京滬幹線上，

每隔一段距離，

就要建一個可信中繼站。

在可信中繼站之間，

量子密鑰會接力傳遞。

如果有敵人潛入了中繼站，

密鑰就有可能被竊聽。

但是，

相比經典通信的處處設防，

可信中繼的重點設防容易多了，

所以，

這種量子通信的實現方案，

在現有的技術手段下，

極大地提升了通信的安全性。

4京滬幹線有什麼意義？

首先，

京滬幹線的建成，

服務了國家的戰略需求，

使我國在信息安全領域

達到世界領先水平。

其次，

京滬幹線吸引和培育了

量子通信的製造業和服務業。

其中的很多關鍵設備，

都是由中國企業自主研發和製造的。

例如，上轉換單光子探測器

用的鈮酸鋰波導晶元，

就是由濟南量子技術研究院

和山東量子科學技術研究院有限公司

共同研製的。

除此之外，中國企業還製造了

能夠快速產生大量量子密鑰的

GHz高速量子網關，

在接入站點進行大規模加密和解密的

密鑰管理機，

能夠擴展網路的光量子交換機，

還有能夠從一個區域網

接入另一個區域網的

量子VPN。

在京滬幹線的分階段建造中，

銀監會、地方銀監局和銀行，

就已經在各自的系統中，

嘗試應用量子保密通信了，

這會為量子通信的應用起到示範效果。

量子實驗衛星的發射，

和量子通信京滬幹線的建成，

標誌著中國正在努力成為，

下一代信息技術的「領跑者」。

量子通信應用的大幕，

正由中國和世界各地的科學家一起，

徐徐拉開。

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