南京大學祝世寧團隊謝臻達、龔彥曉等人首次借助無人機這種移動平臺，實現了量子糾纏分發，這是無人機應用于量子通信的重大突破。該成果近日以“Drone-based entanglement distribution towards mobile quantum networks”（《面向移動量子網絡的無人機平臺量子糾纏分發》）為題，在線發表于《國家科學評論》（National Science Review, NSR）。

量子通信，是指利用量子效應進行信息傳遞的一種新型的通信方式。量子糾纏分發是實現量子通信的路徑之一，即構建一對糾纏的光子，將兩個光子分別發送給通信雙方，它們即使隔著一定的距離，也具有被愛因斯坦稱為“鬼魅般的超距作用”。利用這一特性可以進行信息傳遞，這個過程不可復制和破解，具有安全性高的優點。

那么，用無人機進行量子糾纏分發，到底有什么意義呢？荔枝科技專訪了項目負責人，南京大學的謝臻達教授。

謝教授說，這證明了現在廣泛使用的無人機，也可以成為量子通信網絡中的節點，具有機動靈活、組網迅速、可擴展性好、成本較低等特點。

目前光纖和衛星都成功地實現了量子糾纏分發，證明了這兩種通信途徑的可靠性。南京大學團隊另辟蹊徑，提出用無人機構建“移動量子通信網絡”，為量子通信網絡的構建提出了一種新方案。

團隊成員經過兩年多的努力，在南京、石家莊、蘭州等地開展并完成了實驗，證明了該方案有諸多優點：

首先，設備很輕巧。

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；

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；

配套的便攜式地面站系統，以鋰電池組直流供電，還不到8千克，折疊可放入挎包，隨身攜帶開機即用。

其次，這套系統可以有效濾除太陽光對于量子信號——單光子在傳輸時的干擾，白天、夜晚、雨天等多種氣象條件下都能正常工作。

第三，目前團隊用多旋翼純電動無人機作為平臺，搭載量子通信設備，續航時間能夠達到幾十分鐘，可以適應量子通信的一些苛刻要求。

對于這一研究成果，科學美國人（Scientific American）網站也曾在一篇關于量子因特網的評論文章中給與高度評價，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”。

謝教授說，為了遵守對無人機飛行的相關規定，實驗主要是在200米以內的低空空域進行，量子通信的有效距離在200米左右。但是通過器件參數優化、多機組網，利用現有的無人機能力就可以實現數平方公里的覆蓋。

這項技術還有更大的潛力：如果他們開發的這種量子通信設備，用高空、長航時無人機、高空氣球等搭載，與現有的的光纖和衛星量子網絡連接，解決不同層次的量子網絡全天候、廣覆蓋的問題，對推進量子通信的實用化有重大的意義。

此外，無人機平臺本身的機動性特別強，可以低成本、快速應急部署，臨時建立量子通信鏈路，并能夠適應復雜地形，有望在國防、救災、金融等領域中得到應用。

據了解，該項研究得到了南京大學卓越計劃、科技部國家重點研發計劃、國家自然科學基金等項目，以及其他合作單位的支持。