世界首款用于量子通信网络的“量子无人机”起飞 | 广东省智能创新协会

发布日期:2019-06-21 10:00
中国研究人员正在开发一种以无人机为节点的机载智能量子通信网络。



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几乎不可攻击的机载量子通信网络。

量子力学使得一种称为纠缠的奇怪现象成为可能。基本上,无论物理距离如何,两个或更多个粒子(例如光子被连接或“纠缠”)在理论上可以相互影响。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学 - 一种不受黑客攻击的信息交换手段 - 至关重要。

开发基于地面的量子网络的一个关键问题是如何脆弱的纠缠; 当通过现有光纤网络发送光子时,这限制了传输距离和数据速率。考虑到这一点,科学家近年来越来越多地研究涉及在露天传播的光子的量子网络。

中国和欧洲的科学家目前正在开发基于卫星的量子网络,实现长距离卫星到地面链路。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某些地面通信; 太空发射的成本使得建立量子卫星网络相当昂贵。

小号cientists在中国南京大学, 注意到最近在无人机技术的爆炸性发展,已经设计了一个“量子无人驾驶”作为一个量子网络的空中节点。 研究人员 于5月23日在ArXiV在线预印本服务器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 Vasylyev表示,他们已经建造了第一架量子无人机并将其用作与量子卫星相似的节点,并没有参与这项研究。

中国研究人员研制出一种八转子八轴飞行器无人机,其起飞重量为35千克,包括其机载量子通信系统。在实验中,研究人员证明了他们的量子无人机可以在半空中盘旋40分钟的同时进行操作。它能够保持两个空对地链路,每个大约100米长,并且可以在白天,晴朗的夜晚,甚至在下雨的夜晚接收和传输纠缠的光子。

科学家们相信,他们可以缩小他们的量子通信系统,以适应小型消费无人机用于按需局域网量子网络。他们还可以将其扩展到装载到高空无人机上,这些无人机将成为跨越数百公里的广域网中的节点。总而言之,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关键利基。

Vasylyev指出,部署量子无人机的通信网络可能会受到许多挑战的阻碍。例如,他建议尽管该系统考虑到许多纠缠光子预计会在进出无人机的途中散落,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误认为来自比方说,太阳就像其中一些失去纠缠的光子。他说,这些错误可能会使用户过度自信,从而危及系统的安全性。

此外,“无人机在低层大气中飞行,大气湍流是信号衰退的重要来源,”Vasylyev指出。此外,“无人机飞行本身就是湍流的重要来源。”这种湍流“可能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。他们指出,它们可以作为“基于光纤的网络的低成本移动替代品”,并补充说它们还可以作为测试平台,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基于卫星的量子通信。