隐形战机的克星：量子雷达

隐形战机的克星：量子雷达

隐形战机是当代战争中的强力武器，因它能避开雷达的侦测，进行低空的精准投弹，不少国家投入相当的资金进行其研发。然而，随着量子科技的发展，以量子纠缠为原理的量子雷达具备有追踪隐形战机的潜力，是否隐形战机在战场上的传奇就被打破？或许投资量子雷达这样保家卫国的武器，更符合保家卫国的人道做法。

1980至1990年间，隐形战机的问世为当代战争带来了全面的升级，甚至常被拿来进行与二战期间的原子弹相比。隐形战机能够躲避雷达的跟踪，因此能在敌营之中进行低空飞行，提升投弹的准确性。目前拥有隐形战斗机的国家并不多，多数国家仍在研发阶段。然而，随着量子科技的发展，隐形战机是否仍然是不败的战争神话？量子雷达能够追踪隐形战机的行径，可能会改变空中战局，成为隐形技术的极大挑战。

图1：于2005年进入美国空军服役的F-22猛禽隐形战机。来源：Wikimedia Commons

隐形战机如何把自己藏起来？

隐形战机的原理并不像我们在生活中所认知的“看不见”，也不是《哈利波特》中的“隐形斗篷”。事实上，我们仍然可以看见隐形战机，只是它能够躲避军事系统的雷达侦测。传统的雷达是利用发射电磁波并接收其回波，再从中分析目标的位置、速度、方向和距离等信息。而隐形战机的机身具有特殊的涂料，被称为雷达波吸收材料 (radar-absorbing material, RAM)。此外，隐形战机的设计也进一步降低了信号反射面积，并且需要抑制航空器本身所发出的电子信号、热能和噪音，以达到在雷达侦测中的隐形效果。简言之，这些设计都使得传统雷达无法接收到回波，因此无法侦测到隐形战机的存在。有趣的是，在1980年代，美军正在秘密研发隐形战机时，因其特殊的造型，在试飞阶段经常被民众目击，甚至被误认为外星飞碟。

图2：披上隐形斗篷的战斗机示意图，事实上隐形战机是藉由其涂料及机身形状造成雷达无法侦测其行踪，并非像是《哈利波特》剧情中的隐形。有趣的是，隐形战机有一别名为“空中幽灵”。来源：Microsoft Copilot

破解隐形战机的量子雷达

量子雷达的发展是基于量子力学中纠缠 (entanglement) 的特性而生。当两个粒子相互纠缠时，无论粒子之间相距多远，它们皆能穿越时空交换讯息，各自形成相对应的状态。不仅如此，在量子状态中的粒子是一种波的状态，当被观测，或说干扰时，会使其量子状态被改变。因此，透过发射一个光子，并保持另一个纠缠光子的状态，再去分析光子的量子状态，便可以识别目标。

传统的雷达像是投手丢出一顆球，再观察这一顆球有没有返回，若有返回表示有撞到东西导致反弹；而隐形战机就像是一個厲害的捕手，当球飞来便会抓住，以至於对投手而言，彷彿球一去不返。至于量子雷达则比较像是钓鱼，钓鱼线仍牵引着两端，若是有鱼上钩了，渔夫马上就能感觉到整个钓竿的变化，只不过对量子纠缠来说，此变化是一种同步的状态改变，并不是靠着介质（像是空气或钓鱼线）来传递震动；因此，若隐形战机这个捕手抓住了光子时，这颗光子的状态必然会发生改变，此时另一头相互纠缠的光子也就會同步产生变化。

图3：传统雷达是透过信号回波侦测物体；量子雷达则是发射一光子，同时与留在原处的光子纠缠，藉由量子状态的改变来侦测物体。来源：作者提供

目前量子雷达研发的困难

理论上，量子雷达具有侦测隐形战机的潜力，也逐渐被证实能将这样的量子现象应用於实际的科技之中。然而，要实现这一潜力的应用仍面临着许多技术上的困难。纠缠光子源是量子雷达的核心，但要制造出足够的纠缠光子源并不容易，这限制了量子雷达的侦测规模。此外，量子现象的高度敏感性使得量子雷达容易受到来自周围环境的微小干扰影响，在光子传递的过程中，如何不被隐形战机以外的物质所产生的信号干扰，或者如何从大量的信号中准确地撷取出目标信号，科学家们还需要开发出更加精密的控制和滤波技术，以确保量子雷达系统能够在复杂的环境中有效地运作。目前，这方面的技术仍需要不断地改进和完善，以满足实际应用的需求。虽然量子雷达尚未上路，但相关的技术也同时正被应用於医疗科技中，能透过纠缠光子对来侦测人体内器官的变异或缺陷，这样的技术能减少目前相关侦测设备在人体中带来的辐射剂量累积。

透过量子纠缠的应用，使人类在科技上有了不同的“侦测”思维。这样的量子现象不只是被采用在雷达，还有其他的通讯设施上，能够带来更快速、更安全的信息交换。若科技的发展所带来的是更多的战争，将是人类的一大憾事。或许，比起发展隐形战机，能将资金与技术投注在保国卫民的量子雷达会是另一种选择。

本文原文来自台湾大学的CASE研究团队