全球首架量子无人机在中国诞生

#科技之巅#

南京大学祝世宁院士及其团队经过两年多的刻苦钻研，终于实现了基于无人机的量子纠缠分发，研发出适用无人机的量子通信设备。这架配备量子通信设备的无人机重约35公斤，堪称全球首架量子无人机。

它能够维持两个空对地连接持续不断地保持量子纠缠状态，具有完全防止窃听的能力，信号传输也十分稳定。而且内部所搭载的解码钥匙会成为保护信息安全的防火墙，所以基本不会被破解。这是量子通信发展过程中的一个里程碑。

而传统无人机往往采用无线电或电磁波作为信号，经常会遭受电子干扰技术的波段拦截并被解码。编码一旦被破译，信息遭泄露，无人机就容易被敌方捕获。2011年12月，伊朗利用俄罗斯版无人机技术，入侵了美国的RQ-170无人侦察机，通过扰乱GPS定位系统让其降落于伊朗境内。在叙利亚战场上，俄罗斯也曾使出了强电波干扰技术，使叛军的无人机失去控制。

就在俄乌今年持续九个多月的军事冲突中，双方频繁使用了无人机攻击对方的人员和设施，对双方都造成了重大创伤。由此可以看出无人机在战场上的威力。中国自研的这款世界上最安全、最难破解的量子通信装置一旦被用于装备军用无人机，它将在战场上尽显神威。

㈠ 量子无人机是量子通信发展过程中的一个里程碑

2016年8月16号，我国自主研制的世界上首颗墨子号量子卫星，在酒泉卫星发射中心成功发射升空。2017年1月18日，“墨子号”量子科学实验卫星圆满完成了4个月的在轨测试任务，开始进入在轨运行和实验任务阶段。墨子号的成功发射和在轨实验任务的顺利进展使得中国成为第一个实现了卫星和地面之间量子通信实验的国家。

墨子号卫星的主要任务是进行四项重要的科学实验:

(1) 星地高速量子密钥分发实验。2017年，星地量子密钥分发的成码率已达到10kbps量级，成功验证了星地量子密钥分发的可行性。目前经过系统优化，密钥分发成码率已能够达到100kbps量级，具备了初步的实用价值。

(2) 广域量子通信网络实验。2018年1月，中国科技大学与奥地利科学院合作，利用“墨子号”量子卫星实现7600公里的洲际量子秘钥分发，并利用共享秘钥技术，完成加密数据传输和视频通讯。至此，中国已成功实现了洲际量子保密通信，其战略性意义重大。

(3) 星地量子纠缠分发实验。“墨子号”量子卫星在国际上率先实现千公里级的量子纠缠分发，并在此基础上首次实现空间尺度严格满足“爱因斯坦定域性条件”的量子力学非定域性检验，为未来开展大尺度量子网络和量子通信实验研究，以及开展外太空广义相对论、量子引力等物理学基本原理的实验检验奠定了可靠的技术基础。

(4) 地星量子隐形传态实验。量子隐形传态采用地面发射纠缠光子、天上接收的方式，“墨子号”量子卫星过境时，与海拔5100m的西藏阿里地面站建立光链路。地面光源每秒产生8000个量子隐形传态事例，地面向卫星发射纠缠光子，实验通信距离从500公里到1400公里，所有6个待传送态均以大于99.7%的置信度超越经典极限。

目前，“墨子号”量子卫星已经圆满实现预定的全部科学目标，取得了千公里级星地量子纠缠分发、高速量子密钥分发、量子隐形传态等重要成果，为我国在未来继续引领世界量子通信技术发展和空间尺度量子物理基本问题检验前沿研究奠定了坚实的科学与技术基础。

我国的这种量子通信技术连美国都无法用技术破解，之所以他们能对我们无能为力，主要还是我国掌握了美国都没有掌握的量子隐形传态和量子密钥分发的关键技术。其中的量子隐形传态技术较为复杂，特别是该技术中涉及的分发和测量技术，美国目前还在研发阶段，而我们已经能成熟地掌握。这些技术最大的特点就是可以保障网络信息安全，为此我国还研发出了被套的全球首颗量子科学实验卫星，同时还建了全球第一条量子保密通信骨干网，因此我们在这项技术上一直领先美国，日本等发达国家。

在量子通信的实验方面，中国正在将它广泛应用到日常生活中。量子无人机是量子通信发展过程中的一个里程碑。

㈡ 中国在量子通信方面的优势和劣势

在量子通信的实验方面，中国领先，基本接近产业化了。墨子号”量子卫星取得的一系列研究成果不仅为中国科学赢得了巨大国际声誉，也标志着我国量子通信实验领域的研究在国际上处于领先地位。据推测，在卫星量子通信实验方向，中国领先美欧等发达国家五年左右，实现了该领域的弯道超车。

在量子计算方面，欧美领先，但中国也有很多重要的成果，而整个领域离实际应用还有相当距离。

在量子信息的理论方面，欧美领先，中国需要向理论研究投入更多的人力物力。当然，随着中国实验条件的改善和提高，例如量子卫星占据相关实验的制高点，中国的理论家也会获得更多更好的实验机会，形成良性循环，这可能会导致一种“工程技术逆袭理论研究”的发展模式。

㈢ 美国防部视量子计算为太空作战的关键武器

美国军方认为量子计算是有潜力改变信息和太空战面貌的“游戏规则变革者”，中国近年来在该领域的突飞猛进让五角大楼感到担心，对此美国认为需要严阵以待。

2018年，美国防部负责研究与工程的副部长迈克尔·格里芬近期与俄亥俄州赖特帕特森空军基地的空军科学家们共同讨论了美国军方量子计算技术的发展和挑战。美国防部认为量子计算技术可能改变信息和太空作战，已将量子计算机和相关应用列入重点投资研发项目。在人工智能算法、用于通信卫星的高度安全的加密和不需要GPS信号的精确导航等领域，量子技术可以“大显身手”。

与此同时，美国防部正持续关注其他国家量子技术的动态。海杜克称，美国不仅要关注并学习中国在卫星通信领域取得的成就，更要关注整个生态系统：地面—高空—太空，并在三者之间建立一个真正的网络系统。其他国家也开始参与这一领域：英国正在考虑实施一项耗资4亿美元，基于量子传感和定时的项目；欧盟预计未来10年内耗资10亿美元完成类似项目；加拿大、澳大利亚和以色列也将大规模开发研究项目。

竞争已经开始，量子技术正在从颠覆性概念走向现实应用。