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 （2.8）
用经典振子作为原子辐射模型时，用波长 表出的谱线宽度为一个常数。但事实上原子谱线宽度的变化很大。有些谱线的宽度接近于经典宽度，而另一些谱线的宽度则远小于经典宽度。这事实表明原子辐射机制是不能完全用经典振子解释的。但是辐射反作用的概念以及寿命和宽度的关系是有普遍意义的。原子内电子由一激发态跃迁到较低能态时产生一定频率的辐射。由于辐射，原子激发态有一定的寿命。跃迁几率愈大，则辐射愈强，激发态寿命愈短，因而谱线宽度亦愈大。关系式  仍然成立。
原子处于基态时是稳定的，不会产生辐射，这点是和经典理论有深刻矛盾的。按照经典理论，电子在原子核电场作用下运动，由于有加速度，必然向外辐射电磁波，因而电子运动的能量亦逐渐衰减，最后电子会掉到原子核内，因而根本不存在稳定的原子[6，7]。这结论和客观事实完全矛盾的，只有用量子遥感理论才能解释基态的稳定性。2.3.3 遥感器设计的不同
基于上述理论和方法不同，在遥感器的设计方面也不同，最重要的是他们收集的信号不同。在设计收集器时，他们的结构也会有很大不同。量子遥感器对硬件的要求更要高，更精密。
目前在国际传感器的发展中，新技术和新手段不断被采用以此来提高传感器的性能和应用范围。并且已经取得了很大的成就。日本九洲大学电子器件工程系副教授K·Enpuku和德国柏林联邦物理技术研究所合作研制成功世界上性能最好的高温超导量子干涉元件(SQUID)传感器。由于采用了最优化设计和高性能约瑟夫森结技术，传感器的性能和再生能力大为提高，因此该传感器可用于医学和工业用途。为实现高性能设计，该研究组对器件参数进行了优化，使约瑟夫森结达到约10Ω电阻，临界电流约20μA。确立了双晶粘接技术，用30°倾角取代一般的24°和36.8°[10]。因此，这种高温超导量子干涉元件传感器能够将地磁的分辨率由三亿分之一提高到十亿分之一。与使用液氦的SQUID传感器相比，虽然其分辨力较差，但是由于使用价廉、易得的液氮，因此这种传感器可以用于测定脑磁场区，其应用范围已经扩展到生物磁测定、无损检验和全球环境监测等领域[8，9]。
美国LI-COR公司的LI-190SA光量子传感器主要被植物学家、气象学家、园艺学家、生态调查组和其它环境学家所利用，目的是为了测量空气中、植物生长箱和温室中的光合作用量子通量密度[4]。量子传感器的出现和应用为量子遥感器的设计应用提供了依据，如果遥感器仍然处在原来的发展阶段，将不会满足遥感日益发展的需求。
总之，遥感是一种远离目标，通过非直接截获促而判定、测量并分析目标性质的技术[4]。从本质上说就是对地球表面的地学过程和现象进行非接触式的物质量测量，即通过远离地面的遥感器来收集，获取量化的信息，通过光学和计算机的处理、反演和复原来分析和揭示自然现象和过程的规律，从空中和空间实现对地观测。可以认为，遥感信息是遥感的精髓，遥感的整个过程都是围绕遥感信息而展开的。量子遥感是量子力学的理论和方法来深入探索遥感信息机理、研究遥感目前尚未解决的问题，使其应用范围更加广泛，它的主体技术系统是量子通信、量子计算网络和量子计算机信息处理[2]。
3.量子遥感信息
3.1 遥感信息
遥感信息，首先是指以光或电磁波作为载体，经介质传输而由航空和航天遥感平台所采集到的信息。对一个连续、开放、完整、复杂的地球系统而言，通过对地观测获取的遥感信息具有三重属性，即遥感信息是电磁波辐射与地表物质相互作用的产物，是地圈、生物圈等科学规律的反映并同时也是该信息载体在其传输路径上受各种介质影响的后果。与此同时，遥感信息又同时具有空间、波谱和强度三种特性。遥感信号来自地物对电磁波的辐射和散射，如何进一步提高从电磁波辐射和散射的角度认识遥感机理以及基于麦克斯韦方程组、惠更斯原理和辐射传输方程的理论计算的水平，是一个亟待解决而又回避不了的问题[10，11]。
3.1.1 电磁波谱与电磁辐射
(1)电磁波谱
电磁波：振动的传播称为波。电磁振动的传播是电磁波。波动是各质点在平衡位置振动而能量向前传播的现象。当电磁振荡进入空间，变化的磁场激发了涡旋电场，变化的电场又激发了涡旋磁场，使电磁振荡在空间传播，这就是电磁波。其方向是由电磁振荡向各个不同方向传播的。
电磁波谱：1889年赫兹用电磁振荡的方法产生了电磁波。按电磁波在真空中传播的波长或频率，递增或速减排列，则构成了电磁波谱。该波谱以频率从高到低排列，可以划分为 射线、x射线、紫外线、可见光、红外线、无线电波在真空状态下频率f与波长 之积等于光速c。电磁波谱区段的界线是渐变的,一般按产生电磁波的方法或测量电磁波的方法来划分.
遥感中较多地使用可见光、红外和微波波段。可见光波段虽然波谱区间很窄，但对遥感技术而言却非常重要。
（2）电磁辐射的度量
电磁辐射的度量主要有：辐射源、辐射能量(W)、辐射通量(Φ)、辐射能量密度（E）、辐照度(I)和辐射亮度(L)等。
辐射源向外辐射电磁波时，L往往随θ角而改变。也就是说，接收辐射的观察者以不同θ角观察辐射源时，L值不同。辐射亮度L与观察角θ无关的辐射源，称为朗伯源。严格地说，只有绝对黑体才是朗伯源[12]。
（3）黑体辐射
黑体辐射规律：如果一个物体对于任何波长的电磁辐射部全部吸收，则这个物体是绝对黑体。普遍适用于绝对黑体辐射的公式，叫做普朗克公式，表达式为：
 (3.6)
式中，c为真空中的光速，k为玻尔兹曼常数，k＝1.38×10-23J/k；
h为普朗克常数，h＝6.63×10-34Js；M为辐射出射度。
该公式对遥感理论的重要意义还不在于它本身，而在于它的普遍适用性，可以推导出重要的已被实验证明的黑体辐射公式。
实际物体的辐射：主要有基尔霍夫定律和实际物体的辐射。基尔霍夫定律是把实际物体看作辐射源，研究其辐射特性，将其与绝对黑体进行比较；实际物体的辐射是指基尔霍夫定律表现了实际物体的辐射出射度Mi与同一温度、同一波长绝对黑体辐射出射度的关系，xi是此条件下的吸收系数(0＜x＜1)。有时也称为比辐射率或发射率，记作ε，表示实际物体辐射与黑体辐射之比，M＝εM0。
Planck定律是现代物理学得基石之一. 对同温（或近似同温）平面地表上发射率的空间差异，不影响Planck定律的应用，因而长期以来，地表热辐射一直表达为：  。这里 为平平均地温， 为平均发射率或有效、等效发射率。但问题是在遥感像元的尺度上，大量的地表象元很难作为近似同温考虑，而延续处理同温像元的思路，不但非同温地表上Planck定律的尺度效应没有获得应有的考虑，连和  如何定义一直到1995年都没有比较深入的研究。但长期以来不加考察即用于象元尺度,导致了象元有效发射率定义不清.
李小文等提出,普朗克定律在陆地遥感中不具备尺度不变性质,必须根据地表的区域特征进行尺度纠正.这一尺度纠正就可以表达为自相似的形式,从而得到象元尺度上得有效发射率,包括平均材料发射率,一项为象元多次散射纠正项,另一项是由温差、材料温度与其发射率得协方差构成得纠正项。提出了普朗克定律用于非同温黑体平面的尺度修正式及其二阶泰勒近似，对其热辐射在像元尺度上的方向性和波谱特征建立了概念模型。并进一步扩展到对3维结构非黑体表面的尺度纠正式[13]。这是对1999年李小文等人提出的LSF 概念模型的进一步完善和逻辑发展，即用像元尺度上的统计参数来纠正普朗克定律，不再强求使用亚像元尺度上的参数，真正实现了对像元尺度上普朗克定律的尺度纠正（李小文等，2000）。
3.1.2 太阳辐射及大气对辐射的影响
太阳是被动遥感最主要的辐射源。太阳辐射有时习惯称作太阳光，太阳光通过地球大气照射到地面，经过地面物体反射又返回，再经过大气到达传感器。这时传感器探测到的辐射强度与太阳辐射到达地球大气上空时的辐射强度相比，已有了很大的变化，包括入射与反射后二次经过大气的影响和地物反射的影响。主要研究太阳辐射、大气吸收、大气窗口及透射分析等。
3.1.3 地球的辐射与地物波谱
遥感探测中被动遥感的辐射源主要来自与人类最密切相关的两个星球，即太阳和地球。主要内容有：太阳辐射与地表的相互作用、地表自身热辐射、地物反射波谱特征和地物波谱特性的测量等[14]。
3.2 量子遥感信息
量子遥感信息主要研究如何用量子状态表示和传递信息,如何对付遥感信息和量子遥感信息的损失,即量子遥感信息的发射(散射)、传输、衰变(或增强)、处理、分析，直至人们感知接收的全过程。包括量子遥感信息源的物理性质、运动状态和环境背景，电磁波谱特征和大气传输窗口，量子遥感仪器的分辨率和信噪比，图像处理的增强和有效信息的提取能力，以及人类视觉生理和专业知识，都对量子遥感信息的开发和利用，产生直接或间接的、增强或减弱的影响。对这些过程进行定性、定量及其空间频谱的分析研究，对于提高量子遥感技术水平，开拓应用领域，具有重要的理论意义[15，16]。
量子遥感信息一词在量子遥感计算与量子遥感信息的研究中有两个不同用途。第一个用途是可以被解释为利用量子遥感进行信息处理有关的所有操作方式的概括，这包括注入量子遥感信息计算、量子遥感隐形体态、不可克隆理论等内容；第二个用途是指对量子遥感信息处理基本任务的研究。一般不包括比如量子遥感算法设计的内容，因为特殊量子遥感算法的细节超出了基本的范围。
遥感信息定义了类似的目的，然而量子遥感信息比遥感信息范围更广，因为量子遥感信息包含遥感信息的所有动态、静态要素，同时还有附加的动静态要素。
3.3 量子遥感信息机理研究
3.3.1 量子遥感态的描述
量子遥感系统的态由Hilbert空间中的矢量完全描写。
（1）Hilbert空间的数学定义
由于微观粒子坐标和动量不再同时取确定值，经典描述对微观粒子自然失效。在量子力学中如何描述一个微观粒子或者多个微观粒子系统的状态呢？量子遥感系统的态由Hilber空间中的矢量完全描述，一个完备的内积空间称为Hilbert空间。
根据上面的定义，量子遥感系统态由Hilbert空间中的矢量描写，称表示量子遥感态的矢量为态矢量为态矢量（state vector）。Hilbert空间就是态矢量张起的空间，在量子遥感中称为态矢空间。一个具体的态矢可以用  表示， 是表征具体态矢的特征量或符号[17，18]。
（2）几率幅
由于波函数（一般地态矢量）模方  具有几率密度的意义，波函数本身只是几率幅（probability），它本身并不表示几率，而且由于它是复函数，它并不代表任何物理量。在量子力学中引入几率幅，使量子力学根本上区别于任何经典统计，经典统计总是以几率为研究对象。量子信息理论不同于经典信息理论，概出于这种对编码态的几率幅的描述方法[19]。态矢量或波函数，它的物理意义就在于能对它描述的系统实施测量的结果几率分布作出预言。只有对相同态的多次重复测量，得到的力学量可能值的几率分布，才能描述量子遥感态的物理性质。量子遥感态矢量中包含着一个或几个力学量实现其某些特定值潜在可能性的全部信息。
3.3.2 量子遥感辐射场描述
遥感中应用基础是经典物理中的电磁辐射场，量子遥感应用基础是量子化的电磁辐射场。场量子化的基本思想是：找出描述经典场的一组完备的正则“坐标”和“动量”，然后把它们视为相应的算符，满足正则坐标和动量的对易式，从而使之量子化，此时Planck常数将出现其中。经典辐射场可以看成由无穷多个独立的谐振子组成的系统。
经典物理中，电磁辐射场可以用矢势A和标势 描述。对于纯辐射场可以只用两个标函数描述，常取标势 为零，采用Coulomb规范，矢势A满足方程
 （3.13）
为了归一化和量子化的方便，设辐射场局限在遍尝为L的立方体空腔中（最后令  ）。首先利用分离变量法求方程（3.13）的一个特解，然后再把它的一般解表示为这些特解的线性叠加，辐射场总能量可以写作
 （3．32）
这正是经典谐振子的能量和形式。这样一腔场中的辐射场可以等价地看成是无穷多谐振子集合。
由于经典辐射场可以看成是无穷多个独立地谐振子组成的体系。振子的正则坐标和动量记为 和 ，按照谐振子Hamiltonian量子化方法，把 和 看成是算子，并要求它们满足对易关系：
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