世界首架用于不可穿透的空对地数据链的“量子无人机”起飞

中国研究人员正在研制一种以无人机为节点的机载量子通信网络。

一项新的研究发现，中国正在开发的量子无人机可能会导致近乎不可阻挡的机载量子通信网络。

量子力学使一种称为纠缠的奇怪现象成为可能。理论上，两个或两个以上的粒子，如光子，无论它们之间的距离如何，都会相互影响。纠缠对于量子计算机的工作、连接它们的网络以及最复杂的量子密码术（一种不受黑客攻击的信息交换手段）至关重要。

发展地基量子网络的一个关键问题是纠缠有多脆弱；在现有光纤网络上发送光子时，这限制了传输距离和数据速率。有鉴于此，近年来，科学家们已经越来越多地研究了量子网络，其中包括在露天传输的光子。

中国和欧洲的科学家目前正在开发基于卫星的量子网络，使远程卫星到地面的连接成为可能。然而，量子卫星有许多缺点。其中：低轨道卫星只能在有限的时间窗内与特定的地面位置通信；而空间发射的成本使得建立一个量子卫星网络相当昂贵。

而最近，南京大学的无人机技术得到了突破性发展，为了弥补量子卫星通讯的不足，南京大学的研究人员尝试用无人机作为卫星和地面量子网络之间的关键节点。研究人员于5月23日在ArXiV online preprint server上详细介绍了他们的发现。

德国罗斯托克大学的量子科学家Dmytro Vasylyyev没有参与这项研究，他说：“他们已经制造了第一个量子无人机，并以与使用量子卫星类似的方式将其用作节点。”

中国研究人员研制出一种八轴旋翼飞行器，飞机共有35千克，这里包括机载的量子通信系统。在实验中，研究人员证明，他们的量子无人机可以在半空中盘旋40分钟。它能够维持两个空对地链路，每个链路大约100米长，并且可以在白天、晴朗的夜晚，甚至在雨夜接收和发送纠缠光子。

科学家们相信，他们可以缩小量子通信系统的规模，以适应小型无人机的需求，用于本地量子网络。他们还可以扩大规模，将其装载到高空无人机上，这些无人机将是跨越数百公里的广域网中的节点。总之，他们设想量子无人机网络填补了卫星和地面量子网络之间的一个关键利基。

Vasylyev指出，部署一个以量子无人机为特色的通信网络可能会受到许多挑战的阻碍。例如，他建议，尽管系统考虑到许多纠缠光子在往返无人机的途中会被散射、吸收或以其他方式丢失，但飞行机器人上的量子通信系统可能会将来自太阳的杂散光子误认为是其中一些丢失的纠缠光子。他说，这样的错误可能会让用户对系统的运行状况过于自信，从而危及系统的安全。

此外，“无人机在低层大气中飞行，大气湍流是信号退化的重要来源，”指出。“无人机的飞行本身就是一个很大的湍流源。”这种湍流“会大大降低量子通信的性能。”

尽管有缺点，Vasylyev说，量子无人机仍然具有明显的优势。他指出，它们可以作为“光纤网络的低成本移动替代品”，还可以作为试验台，帮助研究人员研究天气条件和其他大气影响对量子通信的影响。他说，这最终将产生更好的卫星量子通信。