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全球首架量子無人機在中國誕生

2024-02-09軍事

南京大學祝世寧院士及其團隊經過兩年多的刻苦鉆研,終於實作了基於無人機的量子纏結分發,研發出適用無人機的量子通訊器材。這架配備量子通訊器材的無人機重約35公斤,堪稱全球首架量子無人機。

它能夠維持兩個空對地連線持續不斷地保持量子纏結狀態,具有完全防止竊聽的能力,訊號傳輸也十分穩定。而且內部所搭載的解碼鑰匙會成為保護資訊保安的防火墻,所以基本不會被破解。這是量子通訊發展過程中的一個裏程碑。

而傳統無人機往往采用無線電或電磁波作為訊號,經常會遭受電子幹擾技術的波段攔截並被解碼。編碼一旦被破譯,資訊遭泄露,無人機就容易被敵方捕獲。2011年12月,伊朗尼用俄羅斯版無人機技術,入侵了美國的RQ-170無人偵察機,透過擾亂GPS定位系統讓其降落於伊朗境內。在敘利亞戰場上,俄羅斯也曾使出了強電波幹擾技術,使叛軍的無人機失去控制。

就在俄烏今年持續九個多月的軍事沖突中,雙方頻繁使用了無人機攻擊對方的人員和設施,對雙方都造成了重大創傷。由此可以看出無人機在戰場上的威力。中國自研的這款世界上最安全、最難破解的量子通訊裝置一旦被用於裝備軍用無人機,它將在戰場上盡顯神威。

【量子無人機是量子通訊發展過程中的一個裏程碑】

2016年8月16號,中國自主研制的世界上首顆墨子號量子衛星,在酒泉衛星發射中心成功發射升空。2017年1月18日,「墨子號」量子科學實驗衛星圓滿完成了4個月的在軌測試任務,開始進入在軌執行和實驗任務階段。墨子號的成功發射和在軌實驗任務的順利進展使得中國成為第一個實作了衛星和地面之間量子通訊實驗的國家。

墨子號衛星的主要任務是進行四項重要的科學實驗:

一,星地高速量子金鑰分發實驗。2017年,星地量子金鑰分發的成碼率已達到10kbps量級,成功驗證了星地量子金鑰分發的可行性。目前經過系統最佳化,金鑰分發成碼率已能夠達到100kbps量級,具備了初步的實用價值。

二,廣域量子通訊網絡實驗。2018年1月,中國科技大學與奧地利科學院合作,利用「墨子號」量子衛星實作7600公裏的洲際量子秘鑰分發,並利用共享秘鑰技術,完成加密數據傳輸和影片通訊。至此,中國已成功實作了洲際量子保密通訊,其戰略性意義重大。

三,星地量子纏結分發實驗。「墨子號」量子衛星在國際上率先實作千公裏級的量子纏結分發,並在此基礎上首次實作空間尺度嚴格滿足「愛因斯坦定域性條件」的量子力學非定域性檢驗,為未來開展大尺度量子網絡和量子通訊實驗研究,以及開展外太空廣義相對論、量子重力等物理學基本原理的實驗檢驗奠定了可靠的技術基礎。

四,地星量子隱形傳態實驗。量子隱形傳態采用地面發射纏結光子、天上接收的方式,「墨子號」量子衛星過境時,與海拔5100m的西藏阿裏地面站建立光鏈路。地面光源每秒產生8000個量子隱形傳態事例,地面向衛星發射纏結光子,實驗通訊距離從500公裏到1400公裏,所有6個待傳送態均以大於99.7%的置信度超越經典極限。

目前,「墨子號」量子衛星已經圓滿實作預定的全部科學目標,取得了千公裏級星地量子纏結分發、高速量子金鑰分發、量子隱形傳態等重要成果,為中國在未來繼續引領世界量子通訊技術發展和空間尺度量子物理基本問題檢驗前沿研究奠定了堅實的科學與技術基礎。

中國的這種量子通訊技術連美國都無法用技術破解,之所以他們能對我們無能為力,主要還是中國掌握了美國都沒有掌握的量子隱形傳態和量子金鑰分發的關鍵技術。其中的量子隱形傳態技術較為復雜,特別是該技術中涉及的分發和測量技術,美國目前還在研發階段,而我們已經能成熟地掌握。這些技術最大的特點就是可以保障網絡資訊保安,為此中國還研發出了被套的全球首顆量子科學實驗衛星,同時還建了全球第一條量子保密通訊骨幹網,因此我們在這項技術上一直領先美國,日本等已開發國家。

在量子通訊的實驗方面,中國正在將它廣泛套用到日常生活中。量子無人機是量子通訊發展過程中的一個裏程碑。

【中國在量子通訊方面的優勢和劣勢】

在量子通訊的實驗方面,中國領先,基本接近產業化了。墨子號」量子衛星取得的一系列研究成果不僅為中國科學贏得了巨大國際聲譽,也標誌著中國量子通訊實驗領域的研究在國際上處於領先地位。據推測,在衛星量子通訊實驗方向,中國領先美歐等已開發國家五年左右,實作了該領域的彎道超車。

在量子計算方面,歐美領先,但中國也有很多重要的成果,而整個領域離實際套用還有相當距離。

在量子資訊的理論方面,歐美領先,中國需要向理論研究投入更多的人力物力。當然,隨著中國實驗條件的改善和提高,例如量子衛星占據相關實驗的制高點,中國的理論家也會獲得更多更好的實驗機會,形成良性迴圈,這可能會導致一種「工程技術逆襲理論研究」的發展模式。

【美國防部視量子計算為太空作戰的關鍵武器】

美國軍方認為量子計算是有潛力改變資訊和太空戰面貌的「遊戲規則變革者」,中國近年來在該領域的突飛猛進讓五角大廈感到擔心,對此美國認為需要嚴陣以待。

2018年,美國防部負責研究與工程的副部長邁克爾·格芬近期與俄亥俄州韋特帕特森空軍基地的空軍科學家們共同討論了美國軍方量子計算技術的發展和挑戰。美國防部認為量子計算技術可能改變資訊和太空作戰,已將量子電腦和相關套用列入重點投資研發專案。在人工智能演算法、用於通訊衛星的高度安全的加密和不需要GPS訊號的精確導航等領域,量子技術可以「大顯身手」。

與此同時,美國防部正持續關註其他國家量子技術的動態。海杜克稱,美國不僅要關註並學習中國在衛星通訊領域取得的成就,更要關註整個生態系:地面—高空—太空,並在三者之間建立一個真正的網絡系統。其他國家也開始參與這一領域:英國正在考慮實施一項耗資4億美元,基於量子傳感和定時的專案;歐盟預計未來10年內耗資10億美元完成類似專案;加拿大、澳洲和以色列也將大規模開發研究專案。

競爭已經開始,量子技術正在從顛覆性概念走向現實套用。

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