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皓天鑫
量子糾纏是目前為止可知的安全通訊方式。
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實驗，并向實用化發(fā)展。安全的信息傳輸日益受到人們的關注。基于量子力學的基本原理，量子通訊具有率和安全等特點，并因此成為上量子物理和信息科學的研究熱點。量子通訊是經典信息論和量子力學相結合的一門新興交叉學科，與成熟的通信技術相比，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粒化，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，抗衡外國的網絡攻擊，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)星網絡相當昂貴。
無人機技術在南京大學的新突破
而近，南京大學的無人機技術得到了突破性發(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，涉及的機構包括固態(tài)微結構國家實驗室、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，可以預期產生完全和廣泛覆蓋的量子網絡。
通常情況下，光束衍射是自由空間量子網絡的一個基本問題，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)百公里的廣域網中的節(jié)點。 總而言之，量子無人機網絡或許會填補了衛(wèi)星和地基量子網絡之間的短板。
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，這終將為產生更好的基于衛(wèi)星的量子通信作出巨大貢獻。
(原標題：首架“量子無人機”從南京大學起飛)
浙公網安備 33010602000006號
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