量子成像：看穿戰場迷霧的“慧眼”
你聽説過“鬼成像”嗎？這個早在1995年就由美國馬利蘭大學完成的量子成像實驗，正隨著相關技術的發展日趨成熟，從奇思妙想加速成為現實。
説起來，量子成像確實“有鬼”。這種有別于常規思維的新型成像方式，最大的特點就是實現了物像分離，因此得名“鬼成像”。現有的軍事偽裝技術，無論是隱藏坦克與士兵的煙霧彈，還是隱形戰機或軍艦上涂覆的高科技吸波材料，在“鬼成像”面前都是“小巫見大巫”。“鬼成像”不僅能夠“明辨是非”，還能以前所未有的靈敏度，獲取比傳統探測手段更多的戰場資訊，或將成為未來戰場“遊戲規則”的改變者。
撲朔迷離的“鬼成像”
解釋“鬼成像”之前，我們不妨看看“人成像”。據了解，人類獲取的資訊，有90%來自視覺，也就是物體本身發出或反射的光在我們的視網膜上所成的像。這種成像原理主要基于透鏡成像，人眼的晶狀體如同透鏡，能在物體本身和我們“所見”上形成點與點的一一對應關係。隨著信息技術的發展，如今廣泛應用的數位相機等也多是利用透鏡成像原理，進而成為我們生活中不可或缺的重要工具。
作為量子光學的一個重要分支，量子成像並沒有走透鏡成像的“經典之路”，它的最大特點就是物像分離。量子成像能利用兩個探測光路分別對物體的空間分布和強度分布進行探測，其中任何一路資訊都無法單獨成像，唯有兩路資訊共同探測，才能通過測量進行關聯成像。這就好比我們在室外安裝一個探測器後，只需要在室內再配置一個探測器進行採樣，就可做到“不出門而盡知門外事”。正是這種打破常規的方式，才使得量子成像得名“鬼成像”。
早在1995年，美國馬利蘭大學利用糾纏光子對，首次在實驗中觀察到了“鬼成像”。此後，人們陸續開展了基于量子糾纏光源與經典光源的“鬼成像”實驗研究和理論探討。近年來，研究人員通過提出“差分鬼成像”“機構化圖像重構”等技術方案，大幅提高了量子成像的品質，甚至實現了對動態目標的成像。曾經撲朔迷離的“鬼成像”，如今正加速融入我們的生活。
戰場“透視眼”如何煉成
無論是施放煙霧彈還是給隱形飛機“穿上”高科技吸波材料，都是防人不防“鬼”。仔細一想，量子成像其實一點都不“玄乎”，這種利用量子糾纏特性或光場強度關聯獲取物體資訊的新型成像方式，有一雙看穿戰場上各類隱身方式的“慧眼”。
2014年，美國陸軍研究實驗室進行了量子成像關鍵技術研究，研究人員對2.33公里外的目標進行成像實驗，在低光照和氣流紊亂情況下，獲得了極為清晰的目標圖像。同時，美軍還開展了一係列量子成像偵察衛星相關技術研究，旨在進一步提升情報資訊獲取、偵察監視能力。
以引發人們廣泛關注的“鬼成像衛星”為例，這個未來戰場的“透視眼”，能夠識別和追蹤空中隱身目標，一旦研制成功將顛覆偵察與反偵察的戰場“遊戲規則”。量子成像衛星有兩個攝像頭，一個用于瞄準感興趣的目標區域，另一個用于測量環境中的光場變化，通過合並分析兩個攝像頭採集的資訊，就可以得出隱形目標的圖像。量子成像可以從廣泛的光譜中收集數據，因此對人眼而言，量子成像産生的圖像比雷達圖像看起來更加“自然”。
量子成像不僅擁有洞察戰場態勢的高靈敏度“慧眼”，還具有集各類“智慧”于一身的諸多優勢。量子成像對光源的要求其實沒那麼嚴苛，太陽、月亮甚至熒光燈都可以用來照亮目標。只要參照物發出的光足夠強，即便是很微弱的光也可生成高品質的目標圖像。傳統光學成像常常因大氣湍流發生隨機散射，量子成像技術對大氣湍流等具有“天生”的“免疫力”。
量子成像還擁有靈敏的“嗅覺”。研究表明，量子成像技術除可識別目標的物理性質外，還能辨別出化學成分。這就意味著，即便是在機場放置戰鬥機形狀的誘餌或隱藏在偽裝網下的導彈發射裝置，同樣逃不出量子成像技術的精準探測。
“大展身手”指日可待
隨著量子技術的飛速發展，量子通信、量子計算等逐漸成為當今時代的科技“熱詞”。量子成像作為量子技術的重要分支，已經逐步由實驗室走向實際應用，並朝著高速、高品質成像的方向發展。或許在不久的將來，我們就能看到攜帶著量子成像儀器的士兵，透過戰場上彌漫的硝煙辨清敵友、“明察秋毫”。
目前，世界上已有10多個著名實驗室在開展量子成像理論與技術研究。歐盟早在2001年就開始了“歐盟量子成像研究計劃”，旨在對量子成像資訊進行並行處理，並探索利用量子成像技術突破當前成像品質極限的方法。美國國家自然科學基金會、美國海軍研究局、美國國防部高級研究計劃局等相繼投入大量資金開展量子成像研究，發力的重點正是這種改變“遊戲規則”的顛覆性技術。
經過20多年的發展，量子成像技術日漸成熟，未來將在戰場成像、雷達探測等軍事領域發揮重要作用。將量子成像應用于遙感探測，不僅能對各類目標進行識別，還具有成像速度快、抗偵察、抗幹擾等諸多優勢。量子成像技術與其他情報收集手段也能實現很好的融合，甚至可裝配在無人機上用于評估戰場破壞程度。
在軍事醫學和搜救行動中，量子成像技術也可作為非相幹X射線源，實現相關醫學成像應用。同時，在量子保密通信、量子計算、量子斷層掃描中，量子成像技術也有廣泛的應用前景。
當然，實現量子成像，目前還面臨著許多技術上的難題。例如，在量子成像衛星上使用自然光源進行探測，對感測器性能具有極高要求；如果使用鐳射光源，則需要較大的功率才能探測到較遠處的目標。（張敏 陸天歌）
