基于无人机光电无线中继的量子纠缠分布，实现组网方案更加灵活

前不久，在一次实验中，由中国工程院院士朱闪灵挑选的南京大学固体薄膜光学物理重点实验室的专家教授谢振达、龚，在几架重约35公斤的无人机与路面之间搭建了一个中小型量子通信互联网，将一个光学量子推送到距离路面1公里的两个双筒望远镜上。

量子纠缠是一种特殊的物理条件。无论多远，纠缠态的两个光量子之间都是有关系的。在其中一种情况下，量子科技的情况发生变化，另一种情况改变其瞬时速度。通过将两个纠缠的光量子分别发送到两点，仔细观察两点的投影精确测量结果，可以验证量子纠缠的存在。如果在通信行业使用这个特性，可以观察到两点光量子的纠缠态是否丢失，从而区分信息内容是否被监控。

但是自由空间的光传输会产生传输，从而导致信息内容或噪声的丢失。电子光中继站的应用可以在更多方面保证信息内容的真实性，使远距离传输的量子信息准确、安全地到达。

前不久，在一次实验中，由中国工程院院士朱闪灵挑选的南京大学固体薄膜光学物理重点实验室的专家教授谢振达、龚，在几架重约35公斤的无人机与路面之间搭建了一个中小型量子通信互联网，将一个光学量子推送到距离路面1公里的两个双筒望远镜上。最后，探测到一个具有纠缠的高保真光学量子对。

这项成就最近发表在物理学的旗舰学术期刊《物理评论快报》上。英国物理学会的《物理学》、《英国科学新闻》和《美国新科学家》等国际科研新闻媒体对科学研究的关键现实意义进行了评论。

无人机作为量子科技互联网的中继站，单模收发信号，减少损耗。

如果要建立互联网传输信息和内容，必须使用“中继站”，类似于无线网络移动通信技术的通信基站。如果传递后信息内容仍能准确到达到达站，则规定中继站损耗小，保真度高。

一年前，精英团队试图将光量子从一架无人机推送到半空中的两个便携式地面站，并首次根据无人机成功分发了纠缠光量子。当时为了更好地收集光量子，每个地面站都配备了26毫米望远镜和AD5443YRMZ单光子探测器。

众所周知，光纤通信的一个关键挑战来自传输。随着单个光量子的扩散，它的波前会像手电筒的光束一样扩散开来。

如果这种外扩散导致波前超过望远镜的直径，光量子被收集的几率就会降低。为了完成纠缠光量子的长距离传输，需要摆脱光衍射带来的损伤，这就需要建立光自准直系统软件，中继站很重要。

在这个实验中，精英科研团队增加了第二架无人机，作为第一架无人机和地面站之间的中继站。

“我们在无人飞行器上使用一个纠缠光量子源，将其中一个光量子送到400米外的地面站望远镜上。然后，将第二光量子按照单模发送给第二无人飞行器。在第二架无人机上被直径4μm的单模接收后，送到第二个地面站的眼镜上。第二无人飞行器接收光量子的整个过程类似于聚焦透镜，重构光量子的波前。因此，光量子到达另一个地面站的机会越来越大。”本次毕业论文的通讯作者之一谢振达教授告诉《高科技日报》记者，他们首次将电子光学无线中继应用于无人机纠缠光量子分布测试的激光路径中，以降低损耗，并将电子光学无线中继的连接点放入导航情况下的小型无人机中，在几Kg的载荷极限内完成单光子的高精度跟踪和收发，如同杀牛过山。

实验成功了，这很令人欣慰。“精确测量发现，根据电子光学无线中继，光学量子分布的纠缠提高了中小型光学系统的传输极限。当分布距离为1km时，测得的Bell不等式S值为2.59±0.11，证明这种电子光无线中继的纵横比保持了光量子对的纠缠，是一种合理的量子技术链路。”谢振达说。

组网方案更加灵活，未来将尝试300公里高度的量子传输。

这一成就引起了几家著名国际学术期刊的关注。英国《物理》评论说，“通信卫星价格比较贵，无法融入路面不断变化的要求”，“带光学仪器的小型无人机可以呈现灵活的解决方案，在量子技术互联网上连接几个客户。”“在这项工作中，我们可以诱导产卵。根据无人机的量子技术互联网，我们可以在大城市和农村的空中重建精确定位部署。”

美国《新科学家》杂志评论说，在这项工作中，我们首先完成了移动连接点之间自由空间量子技术链接的构建。美国布里斯托尔大学的西达斯·乔希在接受《新科学家》杂志采访时评论道:“这一成就意味着向量子技术和互联网技术迈出了关键的一步。如果你想在驾驶过程中保持安全的量子通信，这架无人飞机可以在你的车内飞行(以保持连接)。

英国《科学新闻》评论说:“每个人都有可能根据无人驾驶飞机来连接量子技术互联网技术。未来无人机队可以协调工作，将纠缠光量子发送给各个部分的接受者。”

谢振达表示，未来几架无人机之间可以根据无线中继进行量子信息交换，信息内容将会传播更长时间和更广范围。“无人驾驶飞机中间的量子传输不会受到固定光纤传输激光焊接的伤害，没有介质损耗，可以基于必要和方便的组网解决方案，如应急和救援场景中量子通信中的临时组网。方案，几个联网方案。”

展望未来，谢振达详细介绍了使用小型无人机可以完成局域网组网方案，甚至可以覆盖行驶的汽车。这样的机器设备可以连接到通信卫星和光纤线路系统软件上，完成全球范围的量子科技组网方案。“未来，大家都会尝试使用更高的定速巡航长宽比的移动应用平台，比如固定翼飞机或者气球，来完成300多公里的多肽链接连接，这样就不会受到环境污染、天气和自然环境的影响。光线会变得有害，并建立一个多源移动量子技术链接。”