Forscher beamen Quanteninternetsignale zwischen kilometerweit entfernten Drohnen

中国研究人员成功验证量子控制的无人机

24 Jan. 2021 21:58 Uhr

2021年1月24日
原创翻译:龙腾网 http://www.ltaaa.cn 转载请注明出处


Es ist ein weiterer Durchbruch auf dem Weg zum Quanten-Internet, das komplett abhörsicher wäre: Chinesischen Forschern aus der Universität Nanjing gelang es, verschränkte Photonen zwischen zwei Drohnen auszutauschen, die einen Kilometer voneinander entfernt flogen.

这是在通往完全防窃听的量子互联网道路上的又一突破:来自南京大学的中国研究人员成功地在相距一公里的两架无人机之间交换了纠缠光子。


Symbolbild: Künstlerische Vorstellung einer sogenannten "Quantenverschränkung"

图释:艺术家对所谓的 "量子纠缠 "的概念。

Wenn ein Paar Lichtquanten, also Photonen, miteinander "quantenverschränkt" sind, kann man sofort auf den Zustand des einen schließen, indem man das andere misst, unabhängig von der Entfernung, die sie trennt. Dieses Phänomen der Quantenphysik, das Albert Einstein übrigens abschätzig als "spukhafte Fernwirkung" ablehnte, ist die Grundlage der Quantenverschlüsselung – der Verwendung miteinander "verschränkter" Quantenteilchen, die nebenbei auch die Geheimhaltung der Kommunikation sicherstellen könnten.

当一对光量子或光子相互 "量子纠缠 "时,人们可以通过测量另一个光量子来立即推断出其中一个光量子的状态,而不管它们之间的距离有多远。量子物理学的这种现象,爱因斯坦顺便把它贬低为 "远距离的诡异行为",而量子加密的基础就是--利用量子粒子相互 "纠缠",顺便还可以保证通信的保密性。

Quantennetzwerke sind daher weitaus sicherer als das bestehende Internet, da jeder Abhörversuch den Zustand der Information tragenden Photonen verändern würde und dadurch den legitimen Empfänger 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. Verschränkte Photonen wurden in Tests auch bereits über 1.000 Kilometer durch die Erdatmosphäre zwischen einem Satelliten und Bodenstationen transportiert.

因此,量子网络比现有的互联网要安全得多,因为任何窃听的企图都会改变携带信息的光子的状态,从而提醒合法的接收者。去年年底,来自美国的一个团队成功地将所谓的量子比特以光量子的形式通过44公里长的光缆发送。在测试中,纠缠的光子还在卫星和地面站之间通过地球大气层传输了1000多公里。

Nun haben Zhenda Xie von der Universität Nanjing in China und seine Kollegen gezeigt, dass Verbindungen über kürzere Distanzen mit relativ kostengünstiger Hardware möglich sind. Es ist auch das erste Mal, dass verschränkte Photonen zwischen zwei beweglichen Geräten übertragen wurden. Ein Laser an Bord einer der beiden 35 Kilogramm schweren Drohnen erzeugte ein Paar verschränkter 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.

现在,中国南京大学的谢振达和他的同事们已经证明,用相对廉价的硬件就可以实现较短距离的连接。这也是纠缠光子首次在两个移动设备之间传输。两架35公斤重的无人机中,其中一架无人机上的激光器通过将一个晶体将一个光子分裂,产生了一对纠缠光子。一个光子直接发送到地面站,另一个光子通过中继无人机发送到一公里外的第二个无人机。

Die Steuerungsvorrichtungen auf jeder der Drohnen stellten sicher, dass die Sender-Empfänger-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 Zustände jedes der beiden abgesandten Photonen wurde in der Bodenstation gemessen. Die Ergebnisse belegten, dass die durch Aufspaltung erzeugten Photonen verschränkt geblieben waren.

每架无人机上的控制装置保证了发射-接收链始终处于直线,光子被聚焦后也通过中继无人机中的一段短光缆被引导,然后在地面站分别测量两个发射光子的状态。结果证明,分裂产生的光子一直保持纠缠状态。

Xie hofft nun, dass Verbindungen von über 300 Kilometern durch fortschrittlichere Drohnen in großer Höhe und damit frei von störenden Einflüssen durch Verschmutzung und Witterungserscheinungen erreicht werden können und dass kleinere, kostengünstigere Drohnen für lokale Verbindungen, vielleicht sogar zu erdgebundenen Fahrzeugen, hergestellt werden könnten. Alle diese Geräte könnten sich dann sogar für eine globale Übertragung mit Satelliten verbinden.

现在,谢建国希望通过更先进的无人机在高空实现300公里以上的量子连接,不受污染和天气的干扰,而更小的、成本更低的无人机可以做局部连接,甚至可能与地面车辆连接。所有这些设备甚至可以连接到卫星上进行全球传输。

Der Erfolg markiert einen wichtigen Schritt in Richtung eines Quanten-Internets, sagt Siddarth Joshi von der University of Bristol im Vereinigten Königreich. Er stimmt zu, dass Drohnen das letzte Glied in einer Kette von Verbindungen zwischen einem Teil der Welt zu einem anderen werden könnten, 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.

英国布里斯托尔大学的Siddarth Joshi表示,这一成功标志着向量子互联网迈出了重要一步。他也认为,无人机可以成为世界一个地方到另一个地方的连接链中的最后一环,比如从一个地方的中继站到一个家庭或车辆。"你开着车到处跑,你想保持安全的量子通信,所以你让这些无人机在你身后飞行,"Joshi说。

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

伦敦帝国理工学院的Myungshik Kim认为,为移动的无人机开发如此复杂的光学器件是一项重大的技术进步,特别是考虑到小的旋转运动实际上可能会使维持量子链接变得极其困难。