量子计算，通信，加密这些技术术语听起来仍然很高，还远远没有进入普通人的生活。 但是，在无人机的帮助下，量子通信移动网络领域最近取得了重要进展。 这一进展的主角是国内大学的研究团队-南京大学团队。 该团队首次使用光中继来减少信号损失，并且还将中继节点放在有效载荷只有几公斤的小型无人机上。
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文章｜杜晨编辑｜肖薇
预计这一进展将使未来的无人机网络量子通信成为可能。
包括美国物理学会和中国国家科学评论在内的国际权威机构和杂志，最近由南京大学节点固体微结构物理国家重点实验室发表了论文《利用无人机作为移动的光中继纠缠分布》。
该论文详细介绍了该团队的最新实验。 第一次，光中继节点被放置在脱离飞行的小型无人机上。 即使在1 km的分布距离处，光子对的纠缠特性仍然得到高度保持。 证明量子链接的有效性。
常规的电子通信使用电或波信号来通过光纤或空气传播。 量子通信是当前最前沿的通信技术。 其工作原理是量子纠缠效应，即两个粒子相互作用后成为纠缠粒子。 ，放置在通讯的两侧，测量一个粒子可以立即知道另一个粒子的状态。 由于这种效应，量子通信几乎无法被拦截和窃听，并且可以用于加密通信。
在此之前，已经成功实现了卫星与地面站之间超过1000公里距离的自由空间中的光量子通信。 然而，卫星的成本以及运维成本很高，并且难以适应地面上不断变化的需求。 通信量低。 如果要实现更大的覆盖范围和更长的时间覆盖范围，则需要一个全球卫星网络。
就固线量子通信而言，光纤可以用于长距离传输，但是链路范围受到光纤网络基础架构的限制，并且光纤还具有传输损耗，这也需要中继点。
NTU团队的研究证明，使用相对便宜的小型无人机和其他设备可以在相对较近的距离处建立量子通信网络，并且由于无人机的移动性，联网可以更加灵活，并且网络的可用性高于卫星量子通信（卫星通信具有窗口限制）。
南洋理工大学的学生刘华英，田晓辉，范鹏飞，顾长生等是本文的第一作者，来自固体微结构物理国家重点实验室的谢振达教授，龚彦霄教授和朱欣教授是本论文的第一作者。作者。
在去年年初的初步实验中，研究小组证明了无人机网络在雨天和其他天气条件下的工作能力。 结合团队在制备量子纠缠光源方面的突破，这项研究取得了多项技术创新。
谢振达教授透露，该实验中使用的量子纠缠光源仅重468克，加上集成的光信号收发器系统仅重3.7千克。 最后，一架无人机的起飞重量仅为35公斤左右。这个实验在自由空间光量子通信领域，这是首次实现关键设备的高度集成和轻量化，并实现光链路的可靠连接。
简而言之，在无人机上，量子纠缠分布系统使用晶体将光子分裂为一对纠缠的光子，其中一个以400米的距离发送到地面站1，另一个通过中心距200米。 跟随无人机B，发送到距离B 400米的地面站2。整个通信网络的跨度为1公里。
为了解决自由空间光量子通信中由光衍射引起的常见损失，研究小组设计了一套光准直系统，以对UAV B上接收到的光子的波前进行整形，从而可以以更高的效率中继光子。地面站更容易被光探测到。
研究小组进行了测试，发现两个地面站接收到的光子可以保持纠缠特性（CHSH S值为2.59±0.11），这证明尽管整个系统成本较低，但仍可以实现量子纠缠。沟通的基准目标。
谢振达说，他希望将来可以使用更多类型的平台，例如高空无人机和气球来建立长距离（300公里）的通信链路。 除了延长通信距离外，这还可以提高不同天气和污染条件下自由空间光量子通信的通信质量。
如前所述，当前的量子通信要么是纯地面（光纤），要么是地面空间（卫星）。 南大团队的研究赢得了许多国际量子通信专家的赞赏。 大多数人认为，这项研究填补了两者之间的空白，并使得更广泛的量子通信网络成为可能。
想象一下，在将来，那些拥有量子通信功能的用户不再需要等待卫星通信窗口，也不必去特定的地面光纤通信站-只需使用无人机，他们就可以随时随地完成联网并实现通信。
当时的量子通信网络的链路结构可能是这样的：用户端设备-低空小无人机-高空无人机和气球-量子通信卫星+地面光纤系统，最终实现全球量子通讯组网络。