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中国量子通信新突破——无人机实现量子纠缠分发

众所周知,墨子号量子通信卫星实现了星地传输,北京至上海的光纤量子传输也早已建成;南京大学团队则另辟蹊径,采用无人机移动平台进行量子纠缠分发。

年初,南京大学祝世宁院士团队在量子信息研究领域取得了新的突破。该团队利用无人机移动平台,成功实现了量子纠缠分发。该研究成果以《面向移动量子网络的无人机平台量子纠缠分发》为题的论文已在《国家科学评论》线上发表,引起了国内外广泛关注。

该团队自2017年以来,历时多年,不辞劳苦,辗转南京、石家庄、兰州等多地,测试了量子通信新系统在白天、夜晚、小雨等多种气候条件下的工作能力,获得了大量科学实验数据,最终完成了世界首个基于无人机移动平台的量子纠缠分发实验。团队在实验中取得了多项技术创新和突破,包括每秒可产生240万对纠缠光子,重量仅为468克的高性能集成化量子纠缠光源,以及轻量化光信号收发一体系统,便携式地面站等。

南京大学团队,在实验中使用的是多旋翼无人机,由于无人机性能的限制,在实验中只能让无人机飞行在200米高度内的低空空域,量子通信的有效距离在200米左右。通过器件参数优化,多机组网,也可以实现数平方公里的覆盖范围。

该系统还能够安装在高空无人机和高空气球上建立长距离通信链路,并与现有的光纤和卫星量子网络连接,解决量子网络不同层次之间全天候、广覆盖的问题,对推进量子通信的实用化意义重大。

上图是“彩虹”、“飞云”两款我国太阳能无人机。这两款太阳能无人机飞行高度在100公里内,近太空边缘,滞空时间理论上无限;如果安装量子通信系统,可以实现整个战场量子通信网络全覆盖。采用这两款太阳能无人机覆盖面广,安全系数高,普通防空导弹根本够不着,除非中段反导导弹,有这个能力攻击到它的也只有中美俄三国,其他国家只能望机兴叹。由于这两款无人机滞空时间无限,正是全天候支持战场量子通信的最佳选择。

上图为量子通信云安全一体机

该量子通信系统小巧便携,安装平台选择性相当灵活。既适合低空无人机,也适合高空无人机和高空气球,当然也适合预警机和各种战机,战时将可以快速组成一张强大的量子通信网,每一个作战平台都可以成为量子通信节点。因为体量轻巧,仅为468克的高性能集成化量子纠缠光源,比传统的轻了一个数量级;可扩展的光信号收发一体系统,重量仅为3.7千克;配套的便携式地面站系统,以锂电池组直流供电,也不到8千克,可折叠放入挎包,随身携带,随时随地开机即可使用,非常适合步兵小分队使用,或用于抢险救灾。

总的来说,南京大学祝世宁院士团队的这套量子通信系统,非常有战略价值。众所周知,量子通信的最大优势就是保密性和抗干扰性。敌方无法破解密码,也就无法监听信息;对传统电子干扰免疫,目前世界上还没有能够干扰量子通信的设备。如果此系统用于服务我国军队,将对我国军队的信息战起到革命性的作用,在未来的信息战中占据非常有利的态势,首先在信息战防守方面就占据有利先机。而且这套系统小巧轻便,可以方便安装在所有作战平台上,军队实现量子通信网络全覆盖将指日可待。

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