量子糾纏是目前為止可知的最安全通訊方式。

  量子糾纏時，如果一個糾纏狀態中的粒子被觀測那么一定會導致這種糾纏態的坍塌，量子通信的安全就是使用了量子糾纏的這個特性實現的。

  注：量子通訊（Quantum Communication）是指利用量子效應加密并進行信息傳輸的一種通訊方式。量子通訊主要涉及：量子密碼通信、量子遠程傳態和量子密集編碼等，這門學科已逐步從理論走向實驗，并向實用化發展。高效安全的信息傳輸日益受到人們的關注。基于量子力學的基本原理，量子通訊具有高效率和絕對安全等特點，并因此成為國際上量子物理和信息科學的研究熱點。量子通訊是經典信息論和量子力學相結合的一門新興交叉學科，與成熟的通信技術相比，量子通訊具有巨大的優越性，具有保密性強、大容量、遠距離傳輸等特點。

  量子糾纏通信在傳輸通道上也是絕對的安全，因為量子通信使用的是“量子通道”來進行信息傳遞的，每一對糾纏狀態的粒子的“量子通道”是不一樣的，所以根本不存在半道上信息被攔截或者被泄露的這樣的風險。這就是量子通信的安全原理。

  量子通訊簡單的理解就是把一個物體微粒化，然后在另一處整合復原。而通過量子通訊衛星傳輸信息，能夠徹底杜絕間諜竊聽及破解的保密通信技術，抗衡外國的網絡攻擊，提升防御能力。

  中國和歐洲的科學家目前正在開發基于衛星的量子網絡，但是雖然量子衛星克服了遠距離光子損耗問題，但是實時全方位覆蓋和多節點建設的挑戰仍然存在。比如低軌道衛星只能在有限的時間窗內與某些地面通信，另外太空發射的成本使得建立量子衛星網絡相當昂貴。

  無人機技術在南京大學的新突破

  而最近，南京大學的無人機技術得到了突破性發展，為了彌補量子衛星通訊的不足，南京大學的研究人員嘗試用無人機作為衛星和地面量子網絡之間的關鍵節點。

  研究團隊一共 16 人，幾乎都來自南京大學，涉及的機構包括固態微結構國家實驗室、電子科學與工程學院、物理學院、工程管理學院等。

  論文地址：

  https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1905/1905.09527.pdf

  具體來說，他們測試了一種無人機，該無人機能夠保持兩個空對地鏈路，每個大約 100 米長，甚至能下雨的夜晚接收和傳輸糾纏的光子。

  如果成功，這種量子無人機將作為量子通信網絡的載體，搭建無法攻破的通信傳輸體系。

  具體來說研究人員開發了一種八軸旋翼飛行器，飛機共有 35 千克，這里包括機載的量子通信系統。

  經過實驗發現，量子無人機一次可以在空中盤旋 40 分鐘。并且能夠維持兩個空對地鏈路，每個大約 100 米長，還可以在白天、晴朗的夜晚，甚至在雨夜接收和傳輸糾纏的光子。

  通過將這種便攜式量子節點與現有衛星和地基節點連接起來，可以預期產生完全和廣泛覆蓋的量子網絡。

  通常情況下，光束衍射是自由空間量子網絡的一個基本問題，其中衍射損耗占主導地位的是大距離，如衛星到地面的距離。然而，在基于無人機的網絡中，可以應用多節點將長鏈路劃分為較短鏈路。在這種情況下，每個無人駕駛飛機節點可以接收光子并將其重新發送到下一個節點以進行級聯傳輸。

  另一種布局方式是可以縮小量子通信系統的規模，從而適應局域量子網絡的小型無人機。還可以將其放大，從而裝載到高空無人機上，這些無人機會成為跨越數百公里的廣域網中的節點。

  總而言之，量子無人機網絡或許會填補了衛星和地基量子網絡之間的短板。

  將面臨多重挑戰

  部署無人機現在還面臨多重挑戰。例如，盡管該系統考慮到許多糾纏光子預計會在進出無人機的途中散落，吸收或以其他方式丟失，但無人機的量子通信系統可能會判斷失誤。比如說太陽的光線就像其中一些失去糾纏的光子。而這些錯誤可能會使用戶過度自信，從而危及系統的安全性。

  此外，無人機在低層大氣中飛行，大氣湍流是信號衰退的重要來源，但是無人機本身就是湍流的一個重要來源。這種無法避免的湍流可能會大大降低量子通信的性能。

  盡管有缺點，來自德國的量子科學家 Dmytro Vasylyev 說，量子無人機仍然具有明顯的優勢。它們可以作為“基于光纖的網絡的低成本移動替代品”，還可以作為測試平臺，幫助研究人員研究天氣條件和其他大氣影響對量子通信的影響。他說，這最終將為產生更好的基于衛星的量子通信作出巨大貢獻。