In Detectie en volgen van stealth-vliegtuigen kwam de kwantumradar kort ter sprake. In dit artikel gaan we dieper in op dit systeem dat nog in zijn kinderschoenen staat, maar toch veelbelovend is.

 

 

 

Kwantumradar: Inleiding en overzicht

Kwantumradar is een opkomende sensortechnologie die gebruikmaakt van kwantummechanische principes om objecten te detecteren. In theorie kan een kwantumradar veel gevoeliger zijn dan conventionele radars en daardoor zelfs “onzichtbare” stealth-vliegtuigen waarnemen[1][2]. 

In dit artikel leggen we uit wat kwantumradars zijn, hoe ze werken en waarvoor ze dienen, en lichten we de benodigde concepten uit de kwantummechanica toe. We bespreken traditionele radar en stealth-technologie, de basisprincipes van kwantummechanica (zoals superpositie en verstrengeling), het werkingsprincipe van kwantumradar, toepassingen in luchtverdediging (met name stealth-detectie) en de huidige stand van ontwikkeling.

Klassieke Radar en Stealth-technologie

Hoe werkt een klassieke radar? Een conventionele radar zendt elektromagnetische golven (bijvoorbeeld radiogolven of microgolven) uit en luistert met een ontvanger naar reflecties (echo’s) van objecten. Uit de timing en sterkte van het teruggekaatste signaal kan de radar de afstand, locatie en soms snelheid of grootte van het object afleiden[3]. Objecten die elektromagnetische energie goed weerkaatsen (zoals metalen vliegtuigen) geven een sterk echo-signaal terug.

Wat is stealth? Stealth-technologie is erop gericht objecten “onzichtbaar” of moeilijk detecteerbaar te maken voor radar. Moderne militaire stealth-vliegtuigen (zoals de F-35, F-22 of B-2 bommenwerper) zijn zo ontworpen en bekleed dat ze zeer weinig radarenergie terugkaatsen[2]. Hun vorm weerkaatst inkomende radarstralen weg van de bron en speciale absorberende materialen zetten een groot deel van de radarenergie om in warmte. Het resultaat is een extreem kleine radardoorsnede (radar cross-section, RCS) – soms vergelijkbaar met die van een vogel of insect – waardoor traditionele radars moeite hebben om een stealth-vliegtuig te onderscheiden van achtergrondruis.

Daarnaast gebruiken stealth-platforms vaak jamming (elektronische tegenmaatregelen) om radarsignalen te verstoren met kunstmatige ruis[4][5]. Een stealth-toestel is dus niet letterlijk onzichtbaar, maar het echo-signaal is zo zwak of vermomd dat het onder de detectiedrempel van een klassieke radar valt. Een voorbeeld: een B-2 stealth bommenwerper heeft volgens sommige bronnen een effectieve RCS van slechts enkele vierkante centimeters – een radar ziet dan hooguit een echo ter grootte van een vogel, verstopt in ruis.

Limitaties van klassieke radar tegen stealth: Om stealth-objecten toch te detecteren, kunnen traditionele radars enkele trucs toepassen, zoals lagere frequenties gebruiken (UHF/VHF-band waarin stealth-vliegtuigen minder effectief zijn) of netwerken van meerdere radars vanuit verschillende posities (multistatische radar) om een glimp van de reflectie op te vangen[6][7]. Men kan ook niet-radar methoden inzetten (bijv. infraroodsensoren die de hete uitlaat van vliegtuigen zien). Toch blijven stealth-doelwitten onder veel omstandigheden bijzonder moeilijk te traceren. Een duidelijke behoefte in de luchtverdediging is daarom een radartechnologie die gevoeliger is voor extreem zwakke signalen en ongevoelig voor elektronische ruis en tegenmaatregelen. Kwantumradar is voorgesteld als zo’n next-gen technologie die stealth zou kunnen ontmaskeren[8][9].

Een uitvoerige bespreking hiervan vind je bij Dwarsliggers: Detectie en volgen van stealth-vliegtuigen.

Kwantummechanische basisbegrippen

Om te begrijpen hoe kwantumradar werkt, moeten we eerst enkele principes uit de kwantummechanica toelichten. Kwantummechanica beschrijft het gedrag van materie en energie op zeer kleine schaal (atomen, fotonen, etc.). Hierbij zijn de klassieke natuurwetten niet langer meer zo intuïtief geldig. Enkele relevante concepten zijn kwantumsuperpositie en kwantumverstrengeling.

Kwantumsuperpositie

In de kwantumwereld kan een deeltje of systeem in een superpositie van meerdere toestanden tegelijk verkeren. Dit betekent dat, totdat we meten, het systeem zich gedraagt alsof het in alle mogelijke staten tegelijkertijd is. Bijvoorbeeld, een foton (lichtdeeltje) kan tegelijkertijd twee polarisaties hebben – zeg maar een combinatie van verticaal en horizontaal gepolariseerd [10][11]. Pas wanneer we meten, “stort” de superpositie ineen tot één van de definitieve waarden (verticaal of horizontaal in dit voorbeeld). Metingen beïnvloeden dus direct de toestand van het kwantumsysteem [12].

In onderstaande YouTube-filmpje wordt via een analogie uitgelegd:

Het filmpje legt kwantumsuperpositie uit aan de hand van een muzikale metafoor: net zoals een snaar verschillende frequenties tegelijk kan bevatten en daardoor een rijk klankpatroon oplevert, kan een kwantumsysteem – zoals een qubit – tegelijkertijd in meerdere toestanden verkeren. Voor een qubit betekent dit dat hij niet alleen 0 of 1 kan zijn, maar elke combinatie (“superpositie”) van beide toestanden tegelijk, zolang je niet meet. Pas bij een meting “kiest” het systeem één uitkomst. Dit verschilt fundamenteel van klassieke systemen, waar elk object altijd in één toestand tegelijk is.

Samengevat:

• Kwantumsuperpositie is het principe dat kwantumdeeltjes in meerdere toestanden tegelijk kunnen bestaan tot het moment van meting. 
• Dit vormt de basis voor veel kwantumtechnologie, zoals computers en sensoren.

Relevantie voor kwantumradar:
Kwantumradar maakt gebruik van de unieke eigenschappen van kwantumsuperpositie door bijvoorbeeld fotonen uit te zenden in een superpositie van toestanden. Dit vergroot de gevoeligheid om subtiele veranderingen of reflecties te detecteren, zelfs als er veel achtergrondruis is. Dankzij superpositie kan een kwantumradar informatie uit zwakke, verborgen of gestoorde signalen halen die bij klassieke radartechniek verloren zou gaan. De capaciteit om ‘meer mogelijkheden tegelijk te onderzoeken’ geeft kwantumradar daarmee, ten minste in theorie, een voordeel in het detecteren van moeilijk waarneembare objecten, zoals stealth-vliegtuigen.

Kortom: kwantumsuperpositie – de mogelijkheid om ‘meerdere werkelijkheden tegelijk’ in één systeem te verwerken – maakt kwantumradar uniek gevoelig en vormt de belangrijkste reden waarom wetenschap en krijgsmacht zo hooggespannen verwachtingen hebben van deze technologie.

Kwantumverstrengeling

Dit fenomeen is cruciaal voor kwantumradar.

Het filmpje legt op een toegankelijke manier uit wat kwantumverstrengeling (quantum entanglement) is: het betreft een bijzondere vorm van correlatie die optreedt tussen twee kwantumdeeltjes, zoals fotonen. Als twee fotonen verstrengeld zijn, is de toestand van het ene foton direct verbonden met die van het andere, zelfs als ze ver van elkaar verwijderd zijn. Zodra je één foton meet, weet je met zekerheid ook de uitkomst van de meting op het andere foton – een fenomeen dat niet met klassieke fysica te verklaren is, maar fundamenteel is voor de kwantummechanica. Dit principe vormt de basis voor allerlei toepassingen zoals kwantumcommunicatie, kwantumteleportatie en kwantumcryptografie.

Welke is de koppeling met kwantumradar?
Kwantumverstrengeling is precies de eigenschap waarop kwantumradar of quantum illumination gebaseerd is. In plaats van klassieke radartechniek – waarbij een zendsignaal wordt uitgezonden richting een doelwit en de reflectie terug wordt gemeten – maakt een kwantumradar gebruik van een verstrengeld fotonenpaar [13][14]. Daarbij wordt de ene foton (de ‘signaal-foton’) uitgezonden naar het te detecteren object, terwijl de andere (‘idler’) wordt bewaard of direct wordt geanalyseerd. Als het signaal na reflectie terugkeert, wordt gekeken of de overgebleven correlaties (van de oorspronkelijke verstrengeling) kunnen worden aangetoond tussen ‘signaal’ en ‘idler’. Zelfs in een rumoerige, storende omgeving (bij veel achtergrondruis) kun je met kwantumcorrelatiepatronen subtielere signalen onderscheiden dan met klassieke radars, waardoor bijvoorbeeld stealth-objecten beter kunnen worden waargenomen [90].

 

De video benadrukt dus het belang van verstrengeling als uniek niet-klassiek effect (wat Einstein beroemd “spukhafte Fernwirkung” (griezelige werking op afstand) noemde (Einstein et al., 1935)). De kwantumradar probeert precies dat effect toe te passen binnen detectietechnologie. Concrete operationele toepassingen zijn nog in een experimentele fase: apparaten zijn complex, de reikwijdte was in het begin beperkt tot enkele meters tot tientallen meters, en alleen onder gecontroleerde laboratoriumomstandigheden. Maar toch zijn er reeds experimenten over afstanden van vele kilometers succesvol (Hensen et al., 2015). Belangrijk is dat verstrengelde deeltjes sterk gecorreleerde eigenschappen hebben – deze correlatie staat centraal in kwantumradar. Maar de verwachting is dat toekomstige kwantumradars – door gebruik van verstrengeling – fundamenteel beter in staat zijn om zwakke of gecamoufleerde doelen te detecteren, met name in scenarios waar ‘klassieke’ radar veel last heeft van achtergrondruis of gewenst onopvallend wil werken.

Heisenbergs onzekerheidsprincipe

Het Heisenbergs onzekerheidsprincipe sluit hier direct op aan.

Het YouTube-filmpje legt het Heisenbergs onzekerheidsprincipe helder uit: het principe zegt dat het onmogelijk is om tegelijkertijd de exacte positie én de exacte snelheid (impuls) van een micropartikel, zoals een elektron, precies te kennen. Dit is geen meetfout, maar een fundamentele eigenschap van kwantumdeeltjes omdat ze zich zowel als golf én als deeltje gedragen. Een object kan bijvoorbeeld een goed gedefinieerde positie hebben (als een “deeltje”), maar dan is zijn golflengte en dus impuls onzeker; of het heeft een bepaalde golflengte en dus impuls, maar dan is de positie onzeker. Dit komt doordat kwantumtoestanden superposities zijn van golven met verschillende golflengten, wat leidt tot een onvermijdelijke onzekerheid in gelijktijdige metingen van geconjugeerde grootheden zoals positie en impuls.

We zetten alles nog eens op een rijtje in het kader van de kwantumradar:

• Kwantumsuperpositie betekent dat een kwantumsysteem (bijvoorbeeld een foton) zich in meerdere mogelijke toestanden tegelijk bevindt totdat het wordt gemeten. In kwantumradar maakt dit het mogelijk om veel mogelijke paden of reflectiemodi tegelijk te onderzoeken, wat de detectie van zwakke of verborgen signalen versterkt, juist in een “ruisige” omgeving.

• Kwantumverstrengeling voegt hieraan toe dat twee (of meer) fotonen een unieke, niet-klassieke correlatie hebben die zelfs over grote afstanden standhoudt. In kwantumradar wordt één foton (de signaal-foton) uitgezonden en de ander (de idler) wordt vastgehouden. Door verstrengeling kan men de bijzondere correlaties tussen teruggekaatste signalen en de opgeslagen idler meten, zelfs als het signaal door ruis sterk verzwakt is. Er is dus altijd een beetje onzekerheid of ruis. Dit is relevant voor kwantumradar in verband met kwantumruis en zogenoemde squeezing-technieken (waarbij de kwantumruis in de ene grootheid wordt verminderd ten koste van meer ruis in een andere grootheid) [15]. Door slimme kwantumtoestanden te gebruiken kan men de ruis in het relevante signaal verminderen onder de klassieke grens, wat de detectiegevoeligheid verhoogt (zie lager).

• Het Heisenbergs onzekerheidsprincipe is hier fundamenteel omdat het de limiet aangeeft aan hoe precies eigenschappen zoals positie en impuls van deze fotonen gemeten kunnen worden. De onvermijdelijke onzekerheid in deze grootheden maakt het detecteren en interpreteren van signalen complex, maar juist dankzij superpositie en verstrengeling kunnen kwantumsystemen die onzekerheid benutten om informatie op nieuwe, efficiëntere manieren te winnen.

Dus deze drie concepten zijn nauw verbonden: zonder superpositie en verstrengeling zou het uniek kwantumkarakter van de radar ontbreken, en zonder het onzekerheidsprincipe zou het niet duidelijk zijn waarom klassieke meetmethoden tekortschieten. Kwantumradar gebruikt de niet-klassieke eigenschappen van kwantummechanica juist om onder die onzekerheidsgrenzen toch bruikbare en zelfs superieure detectie-informatie te halen.

Kwantumruis en squeezingtechnieken

Er is altijd een zekere mate van onzekerheid of ruis aanwezig wanneer signalen worden gemeten, en dat geldt ook bij kwantumradar. Dit fenomeen wordt in de kwantummechanica zoals eerder vermeld, vaak aangeduid als kwantumruis, een fundamenteel soort ruis die voortkomt uit de inherente onzekerheden in kwantumtoestanden. Kwantumruis zit diep verankerd in de natuurwetten en kan niet volledig worden geëlimineerd, maar kan wel op slimme manieren worden beheerst.

Voor kwantumradar is dit relevant omdat het systeem ultragevoelig is voor de kleine signalen die worden teruggekaatst door moeilijk detecteerbare objecten, zoals stealth-vliegtuigen. Kwantumruis kan die subtiele signalen echter maskeren, waardoor detectie lastiger wordt.

Squeezing-technieken zijn geavanceerde kwantumtechnieken die de kwantumruis in één meetbare grootheid (zoals positie of fase) verminderen door de ruis juist in een andere, niet-relevante grootheid te vergroten. Deze manipulatie van de kwantumruis heet 'squeezing' (knijpen). Door de juiste grootheid met minder ruis te maken, wordt de signaal-ruisverhouding verbeterd onder de klassieke limiet, wat betekent dat zwakkere signalen betrouwbaarder kunnen worden waargenomen dan met klassieke radars.

In de context van kwantumradar betekent dit:

• Door gebruik te maken van speciaal voorbereide kwantumtoestanden via squeezing, kan de radar effectiever onderscheid maken tussen nuttig signaal en ruis.
• Dit verhoogt de detectiegevoeligheid, vooral in omgevingen met veel achtergrondruis of tegenstanders die hun echo’s proberen te verbergen.
• Het laat toe om met minder fotonen (dus minder detecteerbare straling) toch betrouwbare metingen te doen, wat de stealth van de radar zelf verhoogt.

Deze concepten – superpositie, verstrengeling en beheersing van kwantumruis – vormen de bouwstenen voor het kwantumradar-principe.

Wat is een Kwantumradar en Hoe Werkt het?

Een kwantumradar is in de kern een radarsysteem dat kwantummechanische fenomenen benut – met name verstrengeling – om objectdetectie te verbeteren [16][17]. Anders dan een klassieke radar die “gewone” radiopulsen uitzendt, zendt een kwantumradar signalen uit die kwantumverstrengeld zijn met een referentiesignaal dat bij het radarsysteem bewaard blijft. Hierdoor ontstaat een soort vingerafdruk (of lock-and-key-mechanisme) waarmee terugkerende fotonen van het eigen signaal herkend kunnen worden tegen een luidruchtige achtergrond [3][18].

De meest besproken methode heet kwantumilluminatie (quantum illumination), geïntroduceerd door Seth Lloyd (2008) [14]. Het idee is als volgt (vereenvoudigd weergegeven):

Figuur gegenereerd met seedream

Links zie je een bron die verstrengelde fotonenparen genereert (“Entangled Photon Source”). Deze paren worden gesplitst: de signaalfotonen (rode pijlen) worden naar rechts gestuurd, richting een mogelijk doelwit (bijvoorbeeld een stealth-vliegtuig, afgebeeld als een grijs silhouet). De idler-fotonen (blauwe pijlen) blijven bij het radarstation in een opslag (“Idler Photon Storage”).

Als het doelwit aanwezig is, wordt een klein deel van de signaalfotonen teruggekaatst (dunne rode pijlen) en opgevangen door de radarontvanger (“Radar Receiver”). De ontvanger voert een gezamenlijke meting uit op de teruggekomen signaalfotonen en de lokaal bewaarde idler-fotonen (“Joint Measurement”). Als er een significante correlatie wordt gevonden tussen de ontvangen fotonen en de idler-fotonen (meer dan ruis zou opleveren), wijst dit op de aanwezigheid van het doelwit.

Wanneer er géén doelwit is, gaan alle uitgestuurde fotonen verloren in de omgeving en registreren we enkel achtergrondruis (bijvoorbeeld thermische straling uit de atmosfeer).

Deze schematische weergave maakt duidelijk hoe kwantumverstrengeling wordt gebruikt om zwakke signalen te onderscheiden van ruis, zelfs bij moeilijk detecteerbare objecten zoals stealth-vliegtuigen. [19][20].

Voor een meer technische uitleg zie Quantum Illumination and Quantum Radar: A Brief Overview.

Hoe haal je dat ene nuttige foton uit de berg ruis? Een klassieke radar zou moeite hebben om met voldoende zekerheid te zeggen dat het signaal echt van het doel komt en geen vals alarm is. Een kwantumradar gebruikt de bewaarde idler-fotonen als sleutel: bij de ontvanger worden de teruggekeerde fotonen samen gemeten met de idler. Omdat de uitgezonden fotonen verstrengeld waren met hun idler, zal een “echt” teruggekeerd signaal een kwantumcorrelatie vertonen met de idler. Met andere woorden, de kwantumradar controleert of ontvangen fotonen dezelfde verstrengelde vingerafdruk hebben als wat het zelf uitstuurde. Fotonen uit de achtergrondruis zijn willekeurig en zullen niet correleren met de idler, terwijl een foton dat van het doelwit komt waarschijnlijk nog kenmerken draagt die correleren met de idler (zelfs als de eigenlijke verstrengeling door verlies grotendeels verbroken is) [21][22].

Dit gezamenlijke meten en vergelijken verhoogt de kans om een echt doel-signaal te herkennen boven de ruis. Lloyd (2008) toonde theoretisch aan dat kwantumilluminatie de detectiefoutkans exponentieel kan verlagen ten opzichte van de beste klassieke aanpak onder dezelfde omstandigheden [21][23]. Zelfs als onderweg de verstrengeling grotendeels verloren gaat door absorptie en ruis, blijven er subtiele correlaties over die geen enkel klassiek signaal kan nabootsen [24]. Hierdoor kan kwantumradar onder ruizige omstandigheden doelwitten detecteren waar een klassieke radar blind blijft [15][25][26].

Kenmerken en voordelen

In theorie biedt een kwantumradar een paar belangrijke voordelen:

• Hogere gevoeligheid bij weinig signaal: Kwantumcorrelaties functioneren als een label om zéér zwakke terugkaatsingen te herkennen. Een stealth-object dat 99,999% van de fotonen absorbeert of weglaat, kan zo toch gedetecteerd worden omdat die 0,001% terugkeer die overblijft effectief “gelabeld” is [27][28]. Hierdoor zijn minder uitgestuurde fotonen nodig voor detectie, wat leidt tot…
• Lage signatuur & anti-jamming: Omdat een kwantumradar potentieel met zeer weinig vermogen kan uitzenden en toch objecten kan vinden, is hij moeilijker te detecteren of te storen door de tegenstander. Stealth-vliegtuigen gebruiken radarwaarschuwingsontvangers om te merken dat ze beschenen worden; een kwantumradar zou zó zwak kunnen uitzenden dat het vliegtuig dit niet eens bemerkt (lage waarschijnlijkheid van onderschepping). Bovendien is ruisongevoeligheid een troef: vijandelijke jammingsignalen zijn niet verstrengeld met de idlers en worden door de correlatiemeetmethode grotendeels als ongecorreleerde ruis verworpen[29][5]. Dit maakt kwantumradar inherent bestand tegen veel elektronische tegenmaatregelen.
• Moeilijk te misleiden: Trucs zoals spoofing, waarbij valse doelwitsignalen worden gecreëerd, worden aanzienlijk bemoeilijkt. Iedere binnenkomende echo die niet de juiste kwantumhandtekening draagt (d.w.z. geen correlatie met de idler) wordt genegeerd. Zelfs geavanceerde lokmiddelen of reflectoren zouden moeite hebben om het exacte kwantum-signaal na te bootsen dat de radar verwacht (Li et al., 2018). Hiermee zou kwantumradar echte doelen van decoys kunnen scheiden [30][31] – bijvoorbeeld onderscheid tussen een echte kernkop en een lokballon bij een inkomende ballistische raket.
• Betere resolutie? In sommige moderne ontwerpen voor kwantumradar kan verstrengeling inderdaad extra informatie opleveren over het doelwit. Recente studies suggereren dat kwantumradar niet alleen de positie, maar mogelijk ook materiaaleigenschappen van het doelwit kan onderscheiden, bijvoorbeeld door subtiele kwantumeffecten in de reflectie (Wang et al., 2016; recente reviews 2023-2025). Dit potentieel wordt momenteel actief onderzocht, maar de praktische haalbaarheid en voordelen ten opzichte van klassieke technieken zijn nog onderwerp van wetenschappelijke discussie.

Andere benaderingen: Naast kwantumilluminatie (waarbij een gezamenlijke meting nodig is), wordt ook gewerkt aan een variant zonder gezamenlijke meting: de quantum two-mode squeezing radar (QTMS) [15]. Hierbij genereert men een verstrengelde (of “geplette”) vacuümtoestand in de microgolfband en zendt men één mode uit terwijl de andere wordt behouden. In de eenvoudigste opzet lijkt dit op een klassieke ruisradar, maar omdat de uitgezonden ruis kwantum-gesqueezed is en correleert met de lokale kopie, kan men bij ontvangst via signaalverwerking de aanwezigheid van een doel aantonen. Het voordeel van QTMS is dat de ontvangsthardware eenvoudiger kan zijn (geen complexe gezamenlijke meting foton-per-foton, maar correlatie in software), al is de fundamentele prestatie vergelijkbaar. Deze richting wordt gezien als technisch haalbaarder op korte termijn (Luong et al., 2023).

Toepassing: Stealth-detectie en Luchtverdediging

De meest prominente drijfveer achter kwantumradar R&D is luchtverdediging, specifiek het kunnen detecteren van stealth-vliegtuigen en andere moeilijk waarneembare dreigingen[32][33]. Moderne stealth-platforms geven landen als de VS een strategisch voordeel: ze kunnen doelen aanvallen of verkenningsmissies uitvoeren met een veel lagere kans om opgemerkt te worden. Kwantumradar belooft dit voordeel teniet te doen.

In een luchtverdedigingsscenario zou een kwantumradar bijvoorbeeld kunnen worden ingezet om inkomende stealth-bommenwerpers of -drones op te sporen die met klassieke sensoren onzichtbaar blijven. Hoe maakt kwantumradar stealth zichtbaar? Doordat zelfs een bijna onzichtbaar vliegtuig altijd íéts van het signaal terugkaatst, kan kwantumradar dat signaal als “een naald in een hooiberg” herkennen aan de hand van de kwantumcorrelaties [8][27]. Een stealth-vliegtuig reduceert de kracht van het radar-echo tot vrijwel nul, maar een kwantumradar “kijkt” naar patronen in de ruis zelf. Als er een stealth-object is, wordt de ruis een fractie minder willekeurig – alsof ergens in de witte ruis heel zacht een bekend deuntje meegemixt zit. Dit komt doordat de terugkerende fotonen niet volledig toevallig zijn, maar afkomstig van het door ons uitgezonden (en met idler verstrengelde) signaal. Deze subtiele afwijking detecteren is precies waar kwantumtechnieken in uitblinken [9][7].

Concrete voorbeelden benadrukken dit potentieel:

• Detectie van stealth-vliegtuigen: Chinese onderzoekers claimden in 2016 een doorbraak te hebben bereikt met een kwantumradar-prototype dat stealth-doelen tot op 100 km kon waarnemen [34][35]. In 2018 rapporteerde het Chinese Nanjing Research Institute of Electronics Technology een kwantumradar te hebben getest die doelen boven de 100 km afstand kon tracken (Sun, 2018). Dit werd in de media bestempeld als een mogelijke “stealth-buster” – een radar die stealth-technologie zinloos zou maken [8][35]. Hoewel onafhankelijke verificatie ontbreekt en experts sceptisch zijn over de precieze kwantum-nature van deze opstelling (Kania, 2018), geeft het aan hoe serieus deze toepassing wordt genomen. Een operationele kwantumradar die een F-35 of B-2 op lange afstand kan volgen, zou een game-changer zijn voor luchtverdediging [36][37]. Militair strategisch zou dit het speelveld gelijk trekken: stealth-vliegtuigen zouden niet langer ongezien luchtruim kunnen binnendringen.
• Anti-raketsystemen: Kwantumradars kunnen ook bijdragen aan het onderscheiden van echte dreigingen van vals alarm. Zoals eerder genoemd, in het geval van een ballistische raketaanval kunnen kwantum-sensoren mogelijk helpen een echte kernkop te onderscheiden van lokmiddelen tijdens de midcourse fase (wanneer zowel de echte lading als decoys in de ruimte vliegen) [38][30]. De terugkaatsing van een zwaar, compact object kan kwantum-optisch net anders zijn dan die van een lichtgewicht ballon, waardoor een kwantumradar/kwantumsensor-combinatie het verschil zou kunnen zien (bijvoorbeeld door minieme faseverschuivingen of andere kwantumkenmerken).
• Drones en hypersonische wapens: Kleine drones hebben vaak een minuscule radarsignatuur en kunnen in stedelijke omgeving onder de ruisdrempel van gewone radar blijven. Een kwantumradar, met zijn vermogen om in ruis toch correlaties op te pikken, zou bijvoorbeeld een kleine quadcopter bij een vliegveld kunnen detecteren ondanks alle reflecties van gebouwen en grond (vergelijkbaar met hoe hij een stealth-object uit de ruis haalt) [39][40]. Ook supersone of hypersonische wapens, die een klein radarbeeld hebben en omgeven zijn door plasmawolken of atmosferische storingen, zouden mogelijk beter te volgen zijn met kwantumsensoren die door die storingen heen kijken (een hypothetische toepassing, gezien de uitdagingen bij hypersonische snelheden).
• Onder water en over land: Hoewel radar zelf niet door water gaat, wordt nagedacht over analoge kwantum-sensoren voor andere domeinen. Bijvoorbeeld kwantum magnetometers of kwantum sonar-concepten voor het detecteren van stille onderzeeërs [41]. In de ruimte zou kwantumradar of kwantum-lichtdetectie kunnen helpen bij het tracken van “stealth” satellieten of ruimtepuin tegen de achtergrond van kosmische straling [42]. Dit zijn uitbreidingen van het idee, maar tonen de brede interesse: overal waar signalen zwak en verstopt zijn, zou kwantum-detectie uitkomst kunnen bieden.

Totdat kwantumradars realiteit worden, blijven echter ook klassieke tegenmaatregelen zich ontwikkelen. Zo werken stealth-ontwerpers mogelijk aan materialen of concepten die specifiek kwantumcorrelaties verstoren, of aan manieren om kwantumradars te misleiden. De technologie-strijd tussen detectie en onzichtbaarheid blijft een kat-en-muis-spel – met de komst van kwantumradar belanden we wellicht in een nieuw hoofdstuk daarvan [43][44].

Ontwikkelingsstatus en Uitdagingen

In welke fase verkeren kwantumradars anno 2025? Kwantumradar is vooralsnog een technologie in opkomst, voornamelijk op het niveau van laboratoriumexperimenten en proof-of-concept prototypes. Hoewel de theorie veelbelovend is en er de afgelopen jaren aanzienlijke vooruitgang is geboekt, zijn we nog verwijderd van grootschalige operationele inzet. Enkele mijlpalen en de huidige stand van zaken:

Theoretische basis (2008–2015)

• Het concept van kwantumillumination werd voor het eerst voorgesteld in 2008 (Lloyd, 2008) [23].
• Diezelfde periode zagen we de ontwikkeling van een continue‑variabele (Gaussian) versie, met bijdrages van Jeffrey H. Shapiro, Stefano Pirandola, Saikat Guha en anderen (Tan et al., 2008). Ook in dat werk blijkt dat het voordeel behouden blijft ondanks volledige decoherentie. 
• In 2015 werd het idee uitgebreid naar het microgolffrequentiebereik – cruciaal, want radars opereren in microgolven. Pirandola, Barzanjeh e.a. beschreven hoe je entanglement van optische naar microgolf-fotonen kan vertalen en terug [45][46], wat een praktisch ontwerp schetste voor een kwantumradar. Deze theoretische vooruitgang legde de blauwdrukken klaar voor experimentele tests.

 

Eerste experimenten (2015–2020)

Vanaf 2015 verschenen de eerste laboratoriumdemonstraties.

• In 2019 publiceerde Chang et al. (Waterloo, Canada) een experiment waarbij verstrengelde microgolf-fotonen werden gebruikt om een reflector op tafelafstand te detecteren [25][26]. Dit “kwantum-enhanced noise radar” systeem liet ~10x betere gevoeligheid zien vergeleken met een klassieke ruisradar (Chang et al., 2019).
• Kort daarop toonde een team in Oostenrijk (Barzanjeh et al., 2020) aan dat kwantumilluminatie met microgolven mogelijk was bij kamertemperatuur objectenDit is het toonaangevende experiment op het gebied van quantum-illuminatie met microgolven. In deze opzet werd een reflecterend doelwit (“object”) op ongeveer 1m afstand en bij kamertemperatuur gedetecteerd in een lawaaiige (thermische) omgeving. Ook hier werden entangled signal-idler-paren gebruikt, en het quantumradar-systeem presteerde significant beter dan het klassieke equivalent. De auteurs merkten op: “...outperforms a symmetric classical noise radar in the same conditions despite the entanglement-breaking signal path.” Dit was een belangrijke stap, want het bewees dat het voordeel uit de theorie, ook wanneer de entanglement onderweg verloren gaat, alsnog behouden blijft via quantum-correlaties in echte hardware. Hiervoor gebruikte men opnieuw een Josephson parametric converter; detectie gebeurde met een digitale phase-conjugate ontvanger op korte afstand (meters, niet kilometers) [47][48] [91].
• Beide experimenten waren laboratoriumtests op meterschaal, niet kilometers. Ze bewijzen nog geen praktisch langeafstandsradar, maar tonen wel dat de kwantumvoorsprong (“quantum advantage”) in hardware optreedt, zelfs in luidruchtige omgevingen waar klassiek radar faalt. Deze experimenten zijn “proof-of-principle”: hoewel nog beperkt in schaal, leggen ze de basis voor verdere opschaling. 

Huidige prototypes en claims

Verschillende landen en instituten werken aan het opschalen van kwantumradar.

• China investeert zwaar in kwantumtechnologie en heeft, zoals genoemd, prototypes getest met ambitieuze bereikclaims (100+ km) (China Daily, 2018). Deze Chinese kwantumradar is waarschijnlijk nog in testfase en fungeert als demonstrator van toekomstige mogelijkheden [49][50]. De publieke claims uit China over “detectie op tientallen kilometers” zijn nooit onafhankelijk geverifieerd en worden in de literatuur vaak sceptisch bekeken (Karsa et al., 2024). 
• Canada financierde via Defence Research and Development Canada (DRDC) een project aan het Institute for Quantum Computing in Waterloo met circa CAD$2,7 miljoen (2018) gericht op de ontwikkeling van kwantumradar voor arctische luchtbewaking. Dit project was gericht op het ontwikkelen van een robuust en snel ontwerpdemonstractiemodel gebaseerd op quantum-illuminatieprincipes in het microgolfgebied, met het doel tegen midden jaren 2020 veldtesten mogelijk te maken. Publiek beschikbare informatie bevestigt dat hoewel een volledige velddeployment nog niet is bereikt, belangrijke technische voortgang is geboekt in het verbeteren van entangled-fotonenbronnen en het vergroten van de toepasbaarheid onder reële omgevingscondities. Onderzoekers zoals Mike Baugh rapporteerden over deze stappen richting robuustere bronnen, cruciaal voor praktische quantum radar inzet in complexe omstandigheden zoals het arctisch luchtruim. [51][52].
• Industrie: Grote defensiebedrijven zoals Lockheed Martin en Raytheon hebben in het verleden patenten en conceptstudies gerapporteerd voor kwantumradar-achtige technologieën. Bijvoorbeeld, Lockheed Martin’s patent uit 2005 (US7375802B2) beschrijft concepten van radarsystemen die gebruik maken van verstrengelde quantumdeeltjes. Ook gingen zij in later stadium (rond 2018) door met R&D rond kwantummechanische principes ter verbetering van radarprestaties. Raytheon is actief met patenten en technologieën voor geavanceerde radar- en elektronische oorlogsvoering, met patenten vanaf circa 2013, deels relevant voor kwantumverbeteringen. Diverse kleinere bedrijven en start-ups ontwikkelen essentiële bouwstenen zoals kwantumlichtbronnen en kwantumversterkers voor toekomstige inzet. Het meeste werk bevindt zich echter nog op TRL 3-4, wat wil zeggen dat systemen vooral in labomgeving functioneren met proof-of-concept demonstraties, en dat er nog veel engineering nodig is om tot praktisch bruikbare militaire toepassingen te komen.

Ontplooiing in de praktijk

Op dit moment is er, voor zover publiekelijk bekend, nog geen operationele kwantumradar in dienst bij legers wereldwijd. Alle bestaande systemen zijn proof-of-concept demonstraties in laboratorium- of beperkte testomgevingen. De verwachting is dat de eerste generatie kwantumradarsystemen buiten het lab beperkt zal blijven tot korte afstanden of specifieke niches, zoals stationaire beveiligingsscanners die stealth-drones op tientallen meters kunnen detecteren, of systemen die vanaf hoge posities inkomende raketten detecteren op enkele honderden meters tot enkele kilometers afstand. Dit is grotendeels toe te schrijven aan de enorme technische uitdagingen, waaronder het fragiele karakter van kwantumverstrengeling over afstand, de impact van thermische en elektromagnetische buitenruis, de complexe en dure hardware, en de uitdagingen in realtime signaalverwerking. Gecontroleerde of semi-gecontroleerde omgevingen zijn daarom het meest kansrijk voor de vroege adoptie van kwantumradartechnologie.[53].

Dit komt omdat de technische uitdagingen enorm zijn:

Verlies en afstand

Kwantumsignalen, en met name verstrengelde fotonen, zijn extreem gevoelig voor verlies en decoherentie. Atmosferische absorptie, verstrooiing en thermische ruis dempen het signaal exponentieel met afstand: elke extra kilometer betekent een forse afname van het aantal detecteerbare fotonen en bijgevolg een sterk verminderde quantumcorrelatie. Verstrengeling is berucht fragiel en gaat bijna volledig verloren over lange afstanden in vrije ruimte. Quantumillumination-technieken zijn robuust tegen enig signaalverlies en kunnen zelfs voordeel halen als entanglement onderweg wordt verbroken, maar dit voordeel is beperkt in praktische situaties. Recente analyses (Pavan & Galati, 2024) bevestigen dat microgolf quantumradarsystemen met huidige technologieën een detectiebereik hebben van hooguit enkele honderden meters tot ongeveer 1 km voor het detecteren van vliegtuigen.

Wederom, claims van Chinese systemen over detectie op circa 100 km blijven daardoor uiterst twijfelachtig en kunnen waarschijnlijk alleen worden verklaard door andere operationele principes, specifiek gunstige omstandigheden, of niet-quantum mechanismen. Het overbruggen van zulke grote afstanden met kwantumsignalen vereist fundamentele technologische doorbraken, zoals kwantumrepeaters voor microgolven (die nog niet bestaan) of extreem krachtige bronnen en zeer gevoelige detectoren die in de praktijk nog niet haalbaar zijn..

Cryogene apparatuur

De meest succesvolle en geavanceerde experimenten met microgolf-kwantumradar maken gebruik van supergeleidende componenten zoals Josephson Parametric Amplifiers (JPAs) die verstrengelde microgolffotonen genereren en versterken bij temperaturen dicht bij het absolute nulpunt (ongeveer 10–20 milliKelvin). Zulke systemen vereisen uitgebreide cryogene opstellingen met koelingstechnologieën zoals adiabatische demagnetisatie of geavanceerde helium-koeling. Deze cryogene systemen zijn omvangrijk, complex en zeer gevoelig, en zijn daarom niet triviaal in te passen in roterende radarschotels of mobiele platforms zoals vliegtuigen en voertuigen.
Hoewel er vooruitgang is in het ontwikkelen van compactere en robuustere cryocoolers (zoals pulse-tube en miniaturiseerde koelsystemen) en geïntegreerde kwantumbronmodules, blijft de engineeringuitdaging groot. Efficiënt energieverbruik, onderhoud, koeltransitietijden en trillingsisolatie zijn cruciale factoren die nog aanzienlijk moeten verbeteren voordat cryogene kwantumradartechnologie breed operationeel inzetbaar wordt. [54][55]. 

Signaalverwerking

Het herkennen van een enkel verstrengeld foton binnen miljoenen ruisfotonen vereist uiterst geavanceerde signaalverwerkingstechnieken. Quantumradars genereren grote hoeveelheden data vanwege de noodzaak om correlaties tussen idler- en signaalsignalen statistisch te analyseren in plaats van enkel pulsen te integreren. Real-time signaalverwerking zonder hoge valse-alarmpercentages vormt daarmee een grote uitdaging. Onderzoekers verkennen actieve toepassingen van AI, machine learning en patroonherkenning om de zwakke kwantum-“handtekening” sneller en robuuster te isoleren in complexe, lawaaierige data. Deze technieken kunnen de betrouwbaarheid en reactietijd van quantumradars verbeteren, hoewel ze nog vooral in experimenteel stadium zitten en robuustheid in veldomstandigheden moet worden bewezen [56][57].

Afstemming op doelbereik

Een praktisch radar moet niet alleen detecteren dat er iets is, maar ook waar (range & direction). Kwantumillumination in pure vorm geeft een ja/nee detectie binnen een bepaalde regio. Het combineren van kwantumdetectie met afstandsbepaling vergt extra trucjes, zoals tijdsmeting of verschillende frequentiebanden. Onderzoekers bekijken hybride systemen: bijvoorbeeld een kwantumradar die eerst grof een object detecteert en dan klassieke pulsmeting doet voor afstand, of omgekeerd.
De QTMS-benadering biedt een veelbelovende compromis doordat het met gesqueezde microgolfsignalen ook operationele functies van klassieke radar behoudt, wat het eenvoudiger maakt om objectafstand en -richting te bepalen (Luong et al., 2023). Dit maakt QTMS een van de meest praktische paden naar toepassing van kwantumradar in operationele scenario’s.

Stand van de ontwikkeling en perspectief

De ontwikkeling van kwantumradar bevindt zich momenteel op een punt dat vergelijkbaar is met de vroege fase van conventionele radar eind jaren dertig: de theoretische basis is gelegd en experimentele demonstraties tonen aan dat het principe daadwerkelijk werkt. Echter, de transitie van proof-of-principle-experimenten naar een praktisch inzetbaar militair systeem vereist nog aanzienlijke technologische doorbraken op het gebied van hardware, signaalverwerking en systeemintegratie.

Het huidige oordeel in de literatuur is gemengd. Sommige gezaghebbende rapporten en overzichtsartikelen benaderen het veld met voorzichtig optimisme; zij onderstrepen dat het beoogde voordeel van kwantumradar reëel is en dat vervolgonderzoek gerechtvaardigd blijft (zie bijvoorbeeld Hult et al., 2019; Luong, Krishnasamy, & Rajan, 2023). Andere recente analyses zijn meer sceptisch. Zo betogen Pavan en Galati (2024) dat conventionele radarsystemen—inmiddels kostenefficiënt, betrouwbaar en technologisch volwassen—voor de meeste toepassingen, en zeker over grotere afstanden, voorlopig superieur zullen blijven.

De consensus lijkt dat de eerste praktische toepassingen van kwantumradar vooral te verwachten zijn in niches waar conventionele radar beperkingen kent door ruis, regelgeving of operationele omgeving. Te denken valt aan laagvermogen radarsystemen voor drukbevolkte stedelijke gebieden of luchthavens, waar men het uitzenden van sterke signalen wil vermijden, dan wel aan gespecialiseerde sensoren voor gebruik in ruimtevaart of poolgebieden met hoge ruisniveaus en veel verstoringen.

Conclusie

Kwantumradar belooft een radicale verbetering in detectiemogelijkheden door gebruik te maken van de bizarre maar krachtige principes van de kwantummechanica. Door verstrengelde fotonen in te zetten kan een kwantumradar in principe stealth-objecten en andere moeilijk waarneembare doelen opsporen die voor klassieke systemen verborgen blijven. We hebben gezien hoe concepten als superpositie en verstrengeling het fundament vormen voor kwantumillumination, waardoor een radar als het ware door de ruis heen kan kijken. De belangrijkste focus – luchtverdediging en stealth-detectie – maakt deze technologie strategisch zeer interessant: een werkende kwantumradar zou het huidige voordeel van stealth-vliegtuigen grotendeels tenietdoen en een nieuw tijdperk in de detectie-technologie inluiden [58].

Toch is het belangrijk de hype te temperen met realisme. Kwantumradars staan nog in de kinderschoenen en kampen met flinke technische barrières. Voorlopig zijn ze beperkt tot korte afstanden in gecontroleerde settings. Stealth is vandaag de dag nog niet “obsolete” – een F-35 wordt nu niet spontaan zichtbaar op een vijandelijk scherm door kwantumtrucs. Maar de race is begonnen: naties als China investeren volop in prototypes, en westerse onderzoekers werken aan de fundering voor operationele systemen in de (mogelijk verre) toekomst. Net zoals de introductie van radar zelf ooit de oorlogvoering veranderde, zou kwantumradar op termijn de spelregels kunnen herschrijven.

Voor een leek met interesse is het fascinerend om te beseffen dat iets abstracts als kwantumverstrengeling – jarenlang vooral een gedachte-experiment in de natuurkunde – nu wordt ingezet om concrete problemen als stealth-detectie op te lossen. Deze samensmelting van hoogstaande fysica en engineering illustreert de voortdurende wisselwerking tussen fundamentele wetenschap en technologische innovatie. De komende jaren zullen uitwijzen of kwantumradars uitgroeien tot praktische instrumenten die onze veiligheidssystemen verbeteren, of dat ze vooral een theoretisch curiosum blijven. Gezien de snelle vooruitgang in kwantumtechnologie in brede zin, zou het ons echter niet moeten verbazen als de “spookachtige” werking op afstand uiteindelijk een zeer tastbaar oog aan de hemel oplevert.

Tot slot, als leuke toemaatje: de kat van Schrödinger blijft de enige die met zekerheid kan zeggen of kwantumradar echt werkt. Maar… voorlopig miauwt ze in superpositie.

Referenties

Barzanjeh, S., Pirandola, S., Vitali, D., & Fink, J. M. (2020). Experimental microwave Quantum illumination. Science Advances, 6(19), eabb0451. https://doi.org/10.1126/sciadv.abb0451

Chang, C. W. S., Vadiraj, A. M., Bourassa, J., Balaji, B., & Wilson, C. M. (2019). Quantum-enhanced noise radar. Applied Physics Letters, 114(11), 112601. https://doi.org/10.1063/1.5085002

China Daily. (2018, September 25). Quantum radar tech to counter stealth. People’s Daily Online. Retrieved from http://en.people.cn/n3/2018/0925/c90000-9503267.html

Hult, T., Jonsson, P., & Höijer, M. (2019). Quantum radar – A survey of the science, technology and literature (FOI-R--4854--SE). Swedish Defence Research Agency (FOI). https://www.foi.se/rest-api/report/FOI-R--4854--SE

Institute for Quantum Computing, University of Waterloo. (2018, April 12). Quantum radar will expose stealth aircraft [Press release]. Retrieved from https://uwaterloo.ca/institute-for-quantum-computing/news/quantum-radar-will-expose-stealth-aircraft

Lloyd, S. (2008). Enhanced sensitivity of photodetection via kwantum illumination. Science, 321(5895), 1463. https://doi.org/10.1126/science.1160627

Luong, D., Balaji, B., & Rajan, S. (2023). Quantum radar: Challenges and outlook – an overview of the state of the art. IEEE Microwave Magazine, 24(9), 61–67. https://doi.org/10.1109/MMM.2023.3284765

Pavan, G., & Galati, G. (2024). Range limitations in microwave quantum radar. Remote Sensing, 16(14), 2543. https://doi.org/10.3390/rs16142543

Sun, J. (2018). [Interview comments on Chinese Quantum radar]. In China Daily, Quantum radar tech to counter stealth (see above). (Quoted by China Daily, 25 Sept 2018).

[1] [2] [3] [6] [7] [8] [9] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [21] [22] [24] [25] [26] [27] [28] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [53] [56] [57] [58] Quantum Radar: The Next Frontier of Stealth Detection and Beyond

https://postquantum.com/kwantum-sensing/kwantum-radar/

[4] [5] Quantum Radar Technology Could Expose Advanced Stealth Aircraft and Missiles - DSIAC

https://dsiac.dtic.mil/articles/quantum-radar-technology-could-expose-advanced-stealth-aircraft-and-missiles/

[10] [11] [12] [23] [54] [55] Quantum Radar - A survey of the science, technology and literature

https://www.foi.se/rest-api/report/FOI-R-4854-SE

[19] [20] [0803.2022] Untitled Document

https://ar5iv.org/abs/0803.2022

[29] [49] [50] Quantum radar tech to counter stealth - People's Daily Online

http://en.people.cn/n3/2018/0925/c90000-9503267.html

[51] [52] Quantum radar will expose stealth aircraft | Institute for Kwantum Computing | University of Waterloo

[90]]Quantum Radar Prototype: IST Austria Scientists Make Breakthrough

[91] Quantum radar has been demonstrated for the first time (MIT)

Andere interessante artikels

Limits set on quantum radar’s ability to hide itself

Quantum Radar over Long Distances

 

https://uwaterloo.ca/institute-for-kwantum-computing/news/kwantum-radar-will-expose-stealth-aircraft