不借助光纖網絡、不需要衛星，利用無人機，就可以實現量子糾纏的分發，不受地域、天氣限制，迅速建立網絡，實現更高質量的通信。今天，記者從南京大學獲悉，該校祝世寧院士團隊謝臻達、龔彥曉等在量子信息研究中取得突破，首次實現了基于無人機移動平臺的量子糾纏分發，該成果近日以 “Drone-based entanglement distribution towards mobile quantum networks”為題，在線發表于《國家科學評論》（National Science Review, NSR）。

量子糾纏是一種發生于量子系統的獨特現象，是指當量子力學中的幾個粒子在彼此相互作用后，各個粒子所擁有的特性已綜合成為整體性質，無法單獨描述。量子糾纏分發是把制備好的兩個糾纏量子分別發送到相距很遠的兩個點，通過觀察兩個點的測量結果來檢驗量子糾纏的存在，是量子通信領域的重要研究內容，可以有效證明量子通信鏈路（從一個結點到相鄰結點的一段物理線路，中間沒有任何其他的交換結點）的可靠性。

“此前，量子糾纏分發已在光纖鏈路以及衛星和地面之間的自由空間鏈路中獲得成功。但這兩種鏈路的靈活性都受到一定限制。”謝臻達解釋，光纖鏈路可以利用現有光纖網絡，但遠距離傳輸受到光纖固有傳輸損耗的限制，且鏈路范圍受限于光纖網絡的鋪建；衛星雖然能夠實現遠距離傳輸，但受到固定軌道約束，單顆衛星對于固定的地面基站只能在有限時間內建立連接，通信量受到限制，而由于量子通信點對點的特性，要完成全時段和全球覆蓋，需要的衛星資源十分龐大。

該團隊提出以無人機等移動平臺作為量子網絡的基本節點，構建移動量子通信網絡的設想，成功完成了第一個基于無人機的量子糾纏分發實驗，并演示了其在白天、雨天等多氣象條件下工作的能力，為移動量子通信網絡的構建和發展提出了一種新的方案。

謝臻達介紹，該實驗的成功建立在多項技術創新的基礎上。“一是高性能集成化量子糾纏光源。該光源重量僅468克，比采用傳統技術的糾纏光源輕一個量級以上。 二是可擴展的光信號收發一體系統。該系統重量僅3.7千克，首次實現了糾纏光源和自由空間單光子收發系統等關鍵量子通信器件的高度集成化、輕量化，實現了光鏈路可靠連接，使無人機搭載量子通信節點成為可能。該系統可以有效濾除太陽光對于單光子傳輸的干擾，使單光子接收不再局限在夜晚，而是可以在白天、雨天等多氣象條件下正常工作。三是質量輕、載荷大、續航時間長的純電動無人機移動平臺。無人機平臺起飛重量僅35千克，可以在搭載10千克載荷情況下實現40分鐘續航，可適應量子測量的苛刻要求。四是便攜式地面站系統。該配套系統以鋰電池組直流供電，重量小于8千克，折疊可放入挎包，隨身攜帶開機即用。”

據悉，該研究經歷兩年多時間，團隊成員轉戰南京、石家莊、蘭州多地進行實驗，對量子信息技術的實用化意義重大。“這種機載移動量子通信平臺也可以通過高空無人機、高空氣球等多種載體構建長距離鏈路，并與現有的光纖和衛星量子網絡連接，在廣闊天空中填補天地之間的空缺，解決不同層次的量子網絡全天候、廣覆蓋的問題。”他說。

據悉，對于這一研究成果，科學美國人（Scientific American）網站給與高度評價，認為量子通信的“下一個最佳選擇可能是相對便宜的無人機”
編輯：hfy