南京大學研發(fā)出量子無人機 能夠保持兩個空對地鏈路

量子糾纏是目前為止可知的最安全通訊方式。

量子糾纏時，如果一個糾纏狀態(tài)中的粒子被觀測那么一定會導致這種糾纏態(tài)的坍塌，量子通信的安全就是使用了量子糾纏的這個特性實現(xiàn)的。

注：量子通訊（Quantum Communication）是指利用量子效應加密并進行信息傳輸?shù)囊环N通訊方式。量子通訊主要涉及：量子密碼通信、量子遠程傳態(tài)和量子密集編碼等，這門學科已逐步從理論走向?qū)嶒?，并向?qū)嵱没l(fā)展。高效安全的信息傳輸日益受到人們的關注?；诹孔恿W的基本原理，量子通訊具有高效率和絕對安全等特點，并因此成為國際上量子物理和信息科學的研究熱點。量子通訊是經(jīng)典信息論和量子力學相結(jié)合的一門新興交叉學科,與成熟的通信技術(shù)相比，量子通訊具有巨大的優(yōu)越性，具有保密性強、大容量、遠距離傳輸?shù)忍攸c。

量子糾纏通信在傳輸通道上也是絕對的安全，因為量子通信使用的是“量子通道”來進行信息傳遞的，每一對糾纏狀態(tài)的粒子的“量子通道”是不一樣的，所以根本不存在半道上信息被攔截或者被泄露的這樣的風險。這就是量子通信的安全原理。

量子通訊簡單的理解就是把一個物體微?；?，然后在另一處整合復原。而通過量子通訊衛(wèi)星傳輸信息，能夠徹底杜絕間諜竊聽及破解的保密通信技術(shù)，抗衡外國的網(wǎng)絡攻擊，提升防御能力。

中國和歐洲的科學家目前正在開發(fā)基于衛(wèi)星的量子網(wǎng)絡，但是雖然量子衛(wèi)星克服了遠距離光子損耗問題，但是實時全方位覆蓋和多節(jié)點建設的挑戰(zhàn)仍然存在。比如低軌道衛(wèi)星只能在有限的時間窗內(nèi)與某些地面通信，另外太空發(fā)射的成本使得建立量子衛(wèi)星網(wǎng)絡相當昂貴。

無人機技術(shù)在南京大學的新突破

而最近，南京大學的無人機技術(shù)得到了突破性發(fā)展，為了彌補量子衛(wèi)星通訊的不足，南京大學的研究人員嘗試用無人機作為衛(wèi)星和地面量子網(wǎng)絡之間的關鍵節(jié)點。

研究團隊一共16人，幾乎都來自南京大學，涉及的機構(gòu)包括固態(tài)微結(jié)構(gòu)國家實驗室、電子科學與工程學院、物理學院、工程管理學院等。

具體來說，他們測試了一種無人機，該無人機能夠保持兩個空對地鏈路，每個大約100米長，甚至能下雨的夜晚接收和傳輸糾纏的光子。

如果成功，這種量子無人機將作為量子通信網(wǎng)絡的載體，搭建無法攻破的通信傳輸體系。

具體來說研究人員開發(fā)了一種八軸旋翼飛行器，飛機共有35千克，這里包括機載的量子通信系統(tǒng)。

經(jīng)過實驗發(fā)現(xiàn)，量子無人機一次可以在空中盤旋40分鐘。并且能夠維持兩個空對地鏈路，每個大約100米長，還可以在白天、晴朗的夜晚，甚至在雨夜接收和傳輸糾纏的光子。

通過將這種便攜式量子節(jié)點與現(xiàn)有衛(wèi)星和地基節(jié)點連接起來，可以預期產(chǎn)生完全和廣泛覆蓋的量子網(wǎng)絡。

通常情況下，光束衍射是自由空間量子網(wǎng)絡的一個基本問題，其中衍射損耗占主導地位的是大距離，如衛(wèi)星到地面的距離。然而，在基于無人機的網(wǎng)絡中，可以應用多節(jié)點將長鏈路劃分為較短鏈路。在這種情況下，每個無人駕駛飛機節(jié)點可以接收光子并將其重新發(fā)送到下一個節(jié)點以進行級聯(lián)傳輸。

另一種布局方式是可以縮小量子通信系統(tǒng)的規(guī)模，從而適應局域量子網(wǎng)絡的小型無人機。還可以將其放大，從而裝載到高空無人機上，這些無人機會成為跨越數(shù)百公里的廣域網(wǎng)中的節(jié)點。

總而言之，量子無人機網(wǎng)絡或許會填補了衛(wèi)星和地基量子網(wǎng)絡之間的短板。

將面臨多重挑戰(zhàn)

部署無人機現(xiàn)在還面臨多重挑戰(zhàn)。例如，盡管該系統(tǒng)考慮到許多糾纏光子預計會在進出無人機的途中散落，吸收或以其他方式丟失，但無人機的量子通信系統(tǒng)可能會判斷失誤。比如說太陽的光線就像其中一些失去糾纏的光子。而這些錯誤可能會使用戶過度自信，從而危及系統(tǒng)的安全性。

此外，無人機在低層大氣中飛行，大氣湍流是信號衰退的重要來源，但是無人機本身就是湍流的一個重要來源。這種無法避免的湍流可能會大大降低量子通信的性能。

盡管有缺點，來自德國的量子科學家Dmytro Vasylyev說，量子無人機仍然具有明顯的優(yōu)勢。它們可以作為“基于光纖的網(wǎng)絡的低成本移動替代品”，還可以作為測試平臺，幫助研究人員研究天氣條件和其他大氣影響對量子通信的影響。他說，這最終將為產(chǎn)生更好的基于衛(wèi)星的量子通信作出巨大貢獻。