Forscher beamen Quanteninternetsignale zwischen kilometerweit entfernten Drohnen

中國(guó)研究人員成功驗(yàn)證量子控制的無(wú)人機(jī)

24 Jan. 2021 21:58 Uhr

2021年1月24日

Es ist ein weiterer Durchbruch auf dem Weg zum Quanten-Internet, das komplett abh?rsicher w?re: Chinesischen Forschern aus der Universit?t Nanjing gelang es, verschr?nkte Photonen zwischen zwei Drohnen auszutauschen, die einen Kilometer voneinander entfernt flogen.

這是在通往完全防竊聽(tīng)的量子互聯(lián)網(wǎng)道路上的又一突破：來(lái)自南京大學(xué)的中國(guó)研究人員成功地在相距一公里的兩架無(wú)人機(jī)之間交換了糾纏光子。


Symbolbild: Künstlerische Vorstellung einer sogenannten "Quantenverschr?nkung"

圖釋?zhuān)核囆g(shù)家對(duì)所謂的 "量子糾纏 "的概念。

Wenn ein Paar Lichtquanten, also Photonen, miteinander "quantenverschr?nkt" sind, kann man sofort auf den Zustand des einen schlie?en, indem man das andere misst, unabh?ngig von der Entfernung, die sie trennt. Dieses Ph?nomen der Quantenphysik, das Albert Einstein übrigens absch?tzig als "spukhafte Fernwirkung" ablehnte, ist die Grundlage der Quantenverschlüsselung – der Verwendung miteinander "verschr?nkter" Quantenteilchen, die nebenbei auch die Geheimhaltung der Kommunikation sicherstellen k?nnten.

當(dāng)一對(duì)光量子或光子相互 "量子糾纏 "時(shí)，人們可以通過(guò)測(cè)量另一個(gè)光量子來(lái)立即推斷出其中一個(gè)光量子的狀態(tài)，而不管它們之間的距離有多遠(yuǎn)。量子物理學(xué)的這種現(xiàn)象，愛(ài)因斯坦順便把它貶低為 "遠(yuǎn)距離的詭異行為"，而量子加密的基礎(chǔ)就是--利用量子粒子相互 "糾纏"，順便還可以保證通信的保密性。

Quantennetzwerke sind daher weitaus sicherer als das bestehende Internet, da jeder Abh?rversuch den Zustand der Information tragenden Photonen ver?ndern würde und dadurch den legitimen Empf?nger somit alarmiert. Einem Team aus den USA gelang es Ende letzten Jahres, ein sogenanntes Qubit (für Quantenbit) als Lichtquant durch eine 44 Kilometer lange Glasfaserleitung zu schicken. Verschr?nkte Photonen wurden in Tests auch bereits über 1.000 Kilometer durch die Erdatmosph?re zwischen einem Satelliten und Bodenstationen transportiert.

因此，量子網(wǎng)絡(luò)比現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)要安全得多，因?yàn)槿魏胃`聽(tīng)的企圖都會(huì)改變攜帶信息的光子的狀態(tài)，從而提醒合法的接收者。去年年底，來(lái)自美國(guó)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)成功地將所謂的量子比特以光量子的形式通過(guò)44公里長(zhǎng)的光纜發(fā)送。在測(cè)試中，糾纏的光子還在衛(wèi)星和地面站之間通過(guò)地球大氣層傳輸了1000多公里。

Nun haben Zhenda Xie von der Universit?t Nanjing in China und seine Kollegen gezeigt, dass Verbindungen über kürzere Distanzen mit relativ kostengünstiger Hardware m?glich sind. Es ist auch das erste Mal, dass verschr?nkte Photonen zwischen zwei beweglichen Ger?ten übertragen wurden. Ein Laser an Bord einer der beiden 35 Kilogramm schweren Drohnen erzeugte ein Paar verschr?nkter Photonen, indem er ein einzelnes Photon mit einem Kristall aufspaltete. Ein Photon wurde direkt an eine Bodenstation und das andere über eine Relaisdrohne an eine zweite, einen Kilometer entfernte Drohne gesendet.

現(xiàn)在，中國(guó)南京大學(xué)的謝振達(dá)和他的同事們已經(jīng)證明，用相對(duì)廉價(jià)的硬件就可以實(shí)現(xiàn)較短距離的連接。這也是糾纏光子首次在兩個(gè)移動(dòng)設(shè)備之間傳輸。兩架35公斤重的無(wú)人機(jī)中，其中一架無(wú)人機(jī)上的激光器通過(guò)將一個(gè)晶體將一個(gè)光子分裂，產(chǎn)生了一對(duì)糾纏光子。一個(gè)光子直接發(fā)送到地面站，另一個(gè)光子通過(guò)中繼無(wú)人機(jī)發(fā)送到一公里外的第二個(gè)無(wú)人機(jī)。

Die Steuerungsvorrichtungen auf jeder der Drohnen stellten sicher, dass die Sender-Empf?nger-Kette immer linear in einer Reihe flog, und die Photonen wurden fokussiert und auch noch durch ein kurzes Stück Glasfaserkabel in der Relaisdrohne geleitet. Dann wurden die Zust?nde jedes der beiden abgesandten Photonen wurde in der Bodenstation gemessen. Die Ergebnisse belegten, dass die durch Aufspaltung erzeugten Photonen verschr?nkt geblieben waren.

每架無(wú)人機(jī)上的控制裝置保證了發(fā)射-接收鏈?zhǔn)冀K處于直線，光子被聚焦后也通過(guò)中繼無(wú)人機(jī)中的一段短光纜被引導(dǎo)，然后在地面站分別測(cè)量?jī)蓚€(gè)發(fā)射光子的狀態(tài)。結(jié)果證明，分裂產(chǎn)生的光子一直保持糾纏狀態(tài)。

Xie hofft nun, dass Verbindungen von über 300 Kilometern durch fortschrittlichere Drohnen in gro?er H?he und damit frei von st?renden Einflüssen durch Verschmutzung und Witterungserscheinungen erreicht werden k?nnen und dass kleinere, kostengünstigere Drohnen für lokale Verbindungen, vielleicht sogar zu erdgebundenen Fahrzeugen, hergestellt werden k?nnten. Alle diese Ger?te k?nnten sich dann sogar für eine globale übertragung mit Satelliten verbinden.

現(xiàn)在，謝建國(guó)希望通過(guò)更先進(jìn)的無(wú)人機(jī)在高空實(shí)現(xiàn)300公里以上的量子連接，不受污染和天氣的干擾，而更小的、成本更低的無(wú)人機(jī)可以做局部連接，甚至可能與地面車(chē)輛連接。所有這些設(shè)備甚至可以連接到衛(wèi)星上進(jìn)行全球傳輸。

Der Erfolg markiert einen wichtigen Schritt in Richtung eines Quanten-Internets, sagt Siddarth Joshi von der University of Bristol im Vereinigten K?nigreich. Er stimmt zu, dass Drohnen das letzte Glied in einer Kette von Verbindungen zwischen einem Teil der Welt zu einem anderen werden k?nnten, wie zum Beispiel von einer lokalen Relaisstation zu einem Haus oder Fahrzeug. "Sie fahren in Ihrem Auto herum und wollen eine sichere Quantenkommunikation aufrechterhalten, also haben Sie diese Drohnen, die hinter Ihnen herfliegen", so Joshi.

英國(guó)布里斯托爾大學(xué)的Siddarth Joshi表示，這一成功標(biāo)志著向量子互聯(lián)網(wǎng)邁出了重要一步。他也認(rèn)為，無(wú)人機(jī)可以成為世界一個(gè)地方到另一個(gè)地方的連接鏈中的最后一環(huán)，比如從一個(gè)地方的中繼站到一個(gè)家庭或車(chē)輛。"你開(kāi)著車(chē)到處跑，你想保持安全的量子通信，所以你讓這些無(wú)人機(jī)在你身后飛行，"Joshi說(shuō)。

Myungshik Kim vom Imperial College London ist der Ansicht, dass die Entwicklung solch komplexer Optiken für sich bewegende Drohnen einen gro?en technischen Fortschritt darstellt, vor allem wenn man bedenkt, dass kleine Drehbewegungen die Aufrechterhaltung von Quantenverbindungen eigentlich extrem erschweren k?nnten.

倫敦帝國(guó)理工學(xué)院的Myungshik Kim認(rèn)為，為移動(dòng)的無(wú)人機(jī)開(kāi)發(fā)如此復(fù)雜的光學(xué)器件是一項(xiàng)重大的技術(shù)進(jìn)步，特別是考慮到小的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)際上可能會(huì)使維持量子鏈接變得極其困難。