新智元報道
來源：ieee
編輯：大明
【新智元導讀】近日，南京大學打造出世界首套無人機量子通信網絡，使用無人機作為量子傳輸的中繼站，有望大大降低量子通信網絡的部署成本。未來，新系統(tǒng)有望擴展至消費級無人機，這一研究可能給量子通信和網絡建設帶來革命性改變。
南京大學的一項研究顯示，中國正在開發(fā)“量子無人機”，可能會產生幾乎不可攻破的機載量子通信網絡。
量子力學中存在一種名為“量子糾纏”的奇怪現象?；旧现v，無論兩個粒子物理距離的大小如何，兩個或更多粒子（比如光子被連接或“糾纏”）在理論上都可以相互影響。研究糾纏現象對于構建量子計算機和連接這些計算機之間的量子網絡，以及復雜度最高的量子密碼學而言，都有至關重要的意義。
開發(fā)地基量子通信網絡的一個關鍵問題是如何處理脆弱的糾纏現象：通過現有光纖網絡發(fā)送量子，在傳輸距離和數據速率上都存在諸多限制?？紤]到這一點，近年來科學家越來越多地研究露天傳播的的量子網絡。
目前，中國和歐洲的科學家們正在開發(fā)基于衛(wèi)星傳輸的量子網絡，實現了長距離的由衛(wèi)星到地面的傳播鏈路。不過，量子衛(wèi)星有許多缺點。低軌道衛(wèi)星只能在有限的時間窗內與某些地面上的站點通信。衛(wèi)星發(fā)射成本高昂，讓構建量子衛(wèi)星網絡的成本始終居高不下。
南京大學的科學家們試圖從另一個方向解決這個問題，他們利用了當前無人機技術的突破性成果，設計了一種“量子無人機”，作為量子網絡中的空中節(jié)點。相關論文的預印本于上個月發(fā)表在arxiv上，文中詳細介紹了他們的發(fā)現。
德國羅斯托克大學的量子科學家dmytro vasylyev表示，目前第一架“量子無人機”已經成功建造，并將其作為與量子衛(wèi)星作用類似的節(jié)點，vasylyev沒有參與這項研究。
中國研究人員研制出一種八轉子八軸無人機飛行器，起飛重量為35千克，其中包括機載量子通信系統(tǒng)。研究人員通過實驗證明，他們打造的量子無人機可以在半空中懸停長達40分鐘，同時進行傳輸操作。無人機能夠維持兩個空對地傳輸線路，每個線路大約100米，無論是晴朗的白天，還是在晴朗的夜晚，甚至在下雨的夜晚，都能夠接收和傳輸糾纏態(tài)的量子。
科學家們認為，這套量子通信系統(tǒng)還能進一步縮小，未來可將小型消費級無人機用于按需傳輸的局域量子網絡，可以將其擴展到裝載到高空無人機上，這些無人機將成為跨越數百公里的廣域網中的節(jié)點。總而言之，本次南京大學的研究成果網絡填補了衛(wèi)星和地面量子網絡之間的關鍵空白。
vasylyev指出，部署量子無人機的通信網絡會受到許多挑戰(zhàn)的阻礙。他表示，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發(fā)生散落、吸收或以其他形式丟失，但飛行器上的量子通信系統(tǒng)可能會誤認為，這是來自太陽的影響。他說，這些錯誤可能會使用戶過度的自信，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原因，”vasylyev指出。此外，“無人機飛行本身就是湍流的重要來源?！边@種湍流可能會大大降低量子通信的性能。”
vasylyev表示，盡管該研究并非盡善盡美，但利用無人機進行量子傳輸這條道路仍然具有明顯的優(yōu)勢。研究人員指出，該方案可作為“光纖網絡傳輸的低成本替代方案”使用，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。最終，可能催生出更優(yōu)秀的基于衛(wèi)星的量子通信方案。
參考鏈接：
ieee:
https://spectrum.ieee.org/tech-talk/computing/networks/quantum-drone
論文鏈接：
https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1905/1905.09527.pdf

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