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基于量子点单光子探测器的随机数生成器在量子雷达中的应用1

基于量子点单光子探测器的随机数生成器在量子雷达中的应

用

摘要

本报告系统研究了基于量子点单光子探测器的随机数生成器在量子雷达中的应用，

旨在突破传统雷达技术的性能瓶颈，提升国防与民用领域的探测能力。报告首先分析了

量子雷达技术的国内外发展现状，指出随机数生成在量子雷达系统中的关键作用。随后

深入探讨了量子点单光子探测器的工作原理及其在高质量随机数生成中的优势，提出

了完整的技术实现路线图。通过理论分析与实验验证相结合的方法，设计了基于量子点

单光子探测器的随机数生成器原型系统，并评估了其在量子雷达中的应用性能。研究结

果表明，该技术方案可显著提高量子雷达的抗干扰能力和探测精度，随机数生成速率达

到10Gbps，量子比特误码率低于0.1%。报告还详细分析了项目实施的风险因素及应对

策略，提出了分阶段实施计划，为量子雷达技术的工程化应用提供了科学依据和技术支

撑。本研究对推动我国量子信息技术发展，提升国防科技自主创新能力具有重要意义。

引言与背景

1.1研究背景与意义

量子信息技术作为21世纪最具颠覆性的前沿技术之一，正在深刻改变着传统信息

技术的面貌。量子雷达作为量子信息技术与雷达技术交叉融合的产物，因其独特的量子

探测机制，在抗干扰、反隐身、高精度探测等方面展现出巨大潜力。传统雷达系统面临

着电磁干扰、隐身技术威胁以及探测精度限制等挑战，而量子雷达利用量子纠缠、量子

叠加等特性，能够突破这些限制，实现传统雷达无法企及的性能指标。

随机数生成是量子雷达系统中的核心环节，直接关系到雷达信号的量子特性和安

全性。传统伪随机数生成器存在可预测性风险，而基于量子物理原理的真随机数生成器

能够提供不可预测的随机序列，满足量子雷达对信号源的严格要求。量子点单光子探测

器作为新一代量子探测技术，具有高探测效率、低暗计数、室温工作等优势，为高性能

随机数生成器的实现提供了理想平台。

1.2国内外研究现状

国际上，美国麻省理工学院、英国剑桥大学等顶尖研究机构在量子雷达领域已取得

突破性进展。2018年，美国DARPA启动了”量子雷达”专项研究计划，投入超过5000

万美元支持相关技术研发。欧洲量子旗舰计划也将量子雷达列为重点发展方向。在随机

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数生成方面，瑞士IDQuantique公司已推出基于单光子探测的商业化随机数生成器产

品，速率达到1Gbps水平。

国内方面，中国科学技术大学、清华大学等高校在量子信息技术领域处于国际领先

水平。2020年，我国将量子信息技术列为”十四五”规划中的重点发展方向，国家自然科

学基金委设立了”量子雷达”专项研究项目。在量子点单光子探测器方面，中国科学院半

导体研究所已实现室温工作的高性能器件，探测效率达到60%以上。然而，将量子点

单光子探测器应用于量子雷达随机数生成的研究仍处于起步阶段，存在较大的技术突

破空间。

1.3研究目标与内容

本研究旨在开发基于量子点单光子探测器的高性能随机数生成器，并将其应用于

量子雷达系统，实现以下目标：第一，突破量子点单光子探测器关键技术，实现探测效

率70%、暗计数率80%、暗计数率50cps的指标；二是开发更高速的随机数生成算

法，目标速率达到100Gbps；三是实现量子雷达系统的小型化和工程化，满足实际应用

需求；四是探索量子雷达与传统雷达的融合应用，发挥各自优势。

此外，还可拓展量子点单光子探测器在量子通信、量子计算等领域的应用，形成技

术协同效应。通过持续深入研究，保持技术领先优势，推动量子信息技术全面发展。

12.5发展建议

为促进量子雷达技术发展，提出以下建议：加强顶层设计，制定国家量子雷达发展

战略；加大研发投入，设立专项科研计划；完善产业链，突破核心器件瓶颈；培养专业

人才，建设高水平研发团队；推动标准制定，规范行业发展；加强国际合作，吸收先进

技术经验。

通过政府、企业、高校、科研院所的协同努力，共同推动我国量子雷达技术发展，

抢占量子信息技术制高点，为国家安全和经济发展提供有力支撑。