By 超神經

　　內容導讀：在量子通信的科學研究中，我國的科學家們在近期又帶來了一項突破。他們通過實驗，首次實現了無人機的量子糾纏分發，彌補了以往該研究領域的不足，為量子通信網絡的可用性和全面化，起到了重要的推動作用。

　　近期，我國在量子通信領域的發展，又迎來了一個重大的突破。

　　在量子信息研究領域，中國科學院院士、南京大學教授祝世寧帶領的研究團隊，首次基于無人機移動平臺，實現了量子糾纏分發，為量子通信網絡提供了一種新的方案。

　　該項研究最早于 2019 年 6 月公布，而最終的研究論文于 2020 年 1 月，發表于期刊《國家科學評論》（National Science Review，NSR）。

https://doi.org/10.1093/nsr/nwz227

　　現有量子糾纏分發方式的不足

　　量子糾纏是一種量子力學現象，是指處于糾纏態的兩個量子，不論相距多遠都存在一種關聯，其中一個量子狀態發生改變（比如人們對其進行觀測），另一個的狀態會瞬時發生相應改變。這種特有現象因其安全性和高效性，也被用來進行在通信方面的研究。

　　而量子糾纏分發是指，把制備好的兩個糾纏量子，分別發送到兩個有一定距離的覅方，通過觀察兩個點的測量結果是否符合標準（依據貝爾不等式），來檢驗量子糾纏的存在。這是驗證遠距離量子力學正確性和實現廣域量子網絡必須的手段。

全球首顆量子科學實驗衛星墨子號，其中的一項科學任務就是實現量子糾纏分發

　　此前，實現的量子糾纏分發主要有兩種，一種是通過光纖鏈路；另一種依靠量子通訊衛星。

　　但這兩種方式都存在不足：光纖遠距離傳輸會產生損耗限制，而且依賴于光纖的鋪設；而衛星雖能遠距離傳輸，但受軌道約束、光照（光子也是一種量子，會干擾）等影響，通信量很難實現全時段和全覆蓋。

　　本次研究的重大突破

　　而南京大學團隊本次的研究成果，開辟了另一條路徑，打通了衛星和地基之間的聯系。

無人機充當了衛星和地基之間的橋梁

　　他們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。

　　這種方式具有機動快速、按需組網、易于擴展、成本低廉的特點，可以用來彌補量子衛星通訊的不足，結合地面的通訊設備，建立起具有高空移動通信的廣域量子網絡。

　　具體而言，在實驗中將無人機作為量子通信網絡的載體，通過使用八軸旋翼無人機，搭載高性能的集成化量子糾纏光源，完成了可擴展的信號收發一體系統，在遠距離、多種自然條件下驗證量子糾纏分發的可行性。

　　經過實驗發現，無人機每次能在空中盤旋 40 分鐘，每秒可產生 240 萬對糾纏光子，能夠維持兩個大約 100 米長的空對地鏈路，充分驗證了可通過無人機這種便攜式量子節點，以級聯的形式實現衛星和地基節點的連接。

　　這項成果得益于研究團隊兩年多的辛苦鉆研。研究人員輾轉南京、石家莊、蘭州多地進行實驗，最終實現了量子糾纏分發系統的研制，而且驗證了它在白天、雨天等多氣象條件下的工作能力。

　　研究者之一南京大學教授謝臻達介紹到，該實驗結果證明此傳輸鏈路穩定，損耗比較低，實驗的成功，也預示著利用無人機去構建量子通信網絡是可行的手段。

總結

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