一架重约35千克的八轴旋翼飞行器缓缓升空，当升至几十米的高度时，分别向100米外的地面A、B两点射出一对纠缠光子，两个光子在历经大气湍流、雨水、阳光等干扰后，仍能几乎完好地抵达地面。

南京大学祝世宁、谢臻达、龚彦晓团队历时两年多研发的这套系统，在国际上首次实现基于无人机的量子纠缠分发，填补了该领域的空白。

图片来源：科技日报

1月20日，记者从南京大学获悉，著名期刊《国家科学评论》（National Science Review）近日发表了这一研究成果。有评论指出，量子通信的“下一个最佳选择可能是相对便宜的无人机”。

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量子纠缠是一种奇异的量子力学现象，处于纠缠态的两个光子不论相距多远都存在一种关联，其中一个量子状态发生改变，另一个的状态会瞬时发生相应改变。如果能把制备好的两个纠缠光子分别发送到两个点，通过观察两个点的投影测量结果，就可以验证量子纠缠是否存在。

这种“心灵感应”似的神秘关联，用于量子通信领域，对于监测信息传输的安全性极具意义，被誉为是未来通信的“机密武器”。

此前，量子纠缠分发主要有两种，一种需依托光纤链路，一种是在卫星和地面之间的自由空间分发传输。

“用无人机进行量子纠缠分发，具有机动快速、按需组网、易于扩展、成本低廉的特点。”中国科学院院士、南京大学教授祝世宁说。

从2017年开始，研究团队便辗转南京、石家庄、兰州做实验，最终，他们实现了基于无人机的量子纠缠分发。这架八轴旋翼无人机，可以搭载10千克的量子通信系统，在空中分别向100米外的A、B两个便携式地面站发送光子，测量结果显示，A、B两点光子纠缠态的贝尔不等式S值达到2.49，量子纠缠分发获得成功。

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“我们的实验结果证明传输链路稳定，损耗比较低。”团队研究成员之一、南京大学教授谢臻达说，量子纠缠分发是量子通信的重要手段之一，实验的成功，预示着利用无人机构建量子通信网络是有可能的。

实验的成功，来自无人机上搭载的诸多系统，例如高性能集成化量子纠缠光源、光信号收发一体系统等。谢臻达介绍，无人机搭载纠缠光源净重468克，比传统技术的纠缠光源轻一个量级以上。而轻量级的纠缠光源对于无人机等更小的传输平台来说，负担更轻，应用场景更广，但性能并不受影响。该光源每秒可产生240万对纠缠光子，这意味着产生效率很高，有利于提升量子纠缠分发的速率。

无人机的夜间实验。   图片来源：科技日报

在白天，来自太阳的干扰很多，单光子的光很弱，不容易被发现，量子纠缠态很容易被淹没在噪声中。

遇到雨天，设备和传输链路也有可能受影响，为此，研究团队设计了一种反应快速的轻量化收发跟踪系统。

“我们把地面接收系统的光纤孔径设计的很小，只有几微米，接收范围越小，抗干扰性就越强，将光尽量精准地收集到接收系统里，链路损耗就会小。”谢臻达说，根据实验结果，单光子测量可以在白天、雨天等多种条件下正常进行，这意味着基于无人机的量子纠缠分发，有可能让量子通信网络随时随地按需覆盖。