茶馬星球視野 發表於 2020-03-22 18:21:01
（文章來源：茶馬星球視野）
中國科學家團隊表示，他們已經研發出世界上第一支配備量子通信技術的無人機艦隊，因此無人機之間以及無人機和人類之間就可以共享信息。
中國南京大學的研究人員本月發表在《國家科學評論》雜誌上的研究稱，他們製造的無人機能夠產生成對的「糾纏」的光粒子，這些粒子能夠以0或1的量子態攜帶比如電荷或極化的信息。根據量子物理定律，幹擾糾纏在一起的一對粒子中的一個會影響另一個，而它們之間的距離並不重要。這意味著這些粒子攜帶的信息，如果被攔截就會發生信息改變並且通知接收者或發送者。
量子通信設備，或稱量子節點，通常是在實驗室裡建立起來的，設備龐大而複雜，包括雷射泵、分束晶體、反射鏡和超靈敏探測器。但是朱士寧院士以及他在南京大學固體結構物理國家重點實驗室的同事們，已經成功地顯著縮小了量子節點的尺寸，並把它裝進了一架重達35公斤的無人機裡。該設計中其中三分之一的重量的來自電池。
目前南大研究團隊已經製造和部署了10架無人機。隨著未來的升級，這些無人機將能夠連接到量子衛星或地面量子通信網絡，並提供安全數據傳輸的終極解決方案。研究人員介紹說，每架無人機每秒可以產生240萬對相互糾纏的光粒子。
現有的軍用無人機通信加密採用數學方法保護。谷歌去年宣布了一個量子計算機原型，它可以在200秒內完成一個計算任務，如果採用傳統經典的最快超級計算機則需要大約1萬年的時間。但是谷歌的量子計算原型機目前還不能用於解碼信息，但人們相信，這項技術最終會產生一個密碼破譯者，可以在數秒內計算出由基於數字的算法保護的密碼。因此無人機可能會被劫持，轉而攻擊它們的基地，而已知的保護它們的最好的方法就是使用量子通信。
但是量子通信涉及許多挑戰。例如粒子發射裝置必須與接收端位於一條直線上，粒子發射的原理是使用一個晶體將一束雷射分成兩束，使粒子糾纏在一起。與衛星和地面站相比，無人機是不穩定的平臺，容易受到不可預測情況的影響。研究人員在實驗中發現，一陣風就能讓他們設計製造的無人機搖擺一臂之遙。為了讓機載無人機的糾纏粒子發射器和地面上的接收器相互指向對方，朱士寧院士和同事們使用成對的信標光束來協調它們的位置。他們將誤差範圍縮小到約1.3微米，這個誤差極其微小，比人類頭髮寬度的50分之一還小。
配置在無人機腹部的一個中等大小的攝像頭也可以作為接收器，從地面站或其他無人機上收集糾纏的光粒子，並將信息傳遞給網絡中的其他方。在實驗過程中，有效通信的範圍被限制在200米左右，但研究團隊表示，他們可以使用更大的無人機攝像頭將範圍擴大到2公裡。他們的研究論文稱，作為世界上最廣泛使用的兩種高空軍用無人機，中國的「彩虹四號」和美國的「捕食者」系列所使用的軍用級攝像機監測範圍可達200公裡。
實驗中的另一個挑戰來自無人機的8對旋轉葉片，它們產生的振動可能會影響量子設備的精度。研究人員使用特殊設計的橡膠吸收器來消除振動影響。在該技術應用於戰場或其他現實生活之前，還需要進一步的改進。一個問題是光子接收效率低。儘管無人機可以產生大量的糾纏光子，但在另一端每秒只能接收到10個粒子，這限制了可攜帶的信息量。
中國目前是全球量子通信技術的領導者，2016年將世界上首顆也是唯一一顆量子衛星送入軌道。北京和上海之間的陸基量子通信網絡是地球上最長、最複雜的通信網絡。而就在上月底，我國研究人員成功研製移動量子衛星地面站，和墨子衛星成功握手對接，它的體積非常小，甚至可以安裝在汽車頂部。中國的量子通信正走在世界前列！
（責任編輯：fqj）
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