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科学家用“量子纠缠为无人机编队建立连接救灾时能绕过损毁网络

日期:2025-12-21 10:35:51     作者:admin     阅读


  美国弗吉尼亚理工大学的科学家提出一种新方法,利用量子纠缠的特性,让一群无人机在没有传统移动网络或互联网的情况下,也能自主高效协同工作。这项研究尤其瞄准了森林火灾、地震等灾害现场通信中断的极端场景。

  传统的无人机集群协作,就像一群需要不断用对讲机喊话才能保持队形的士兵。每架无人机都需要把自己“看到”、“听到”的环境信息(比如哪里火势大、哪里路不通)传给同伴或指挥中心,这会产生巨大的通信负担,而且在信号被灾害破坏时就会彻底失灵。

  研究团队想出的办法是给无人机配备“量子技能”。他们开发了一个名为“纠缠量子多智能体强化学习”(eQMARL)的新框架。这里的核心魔法就是“量子纠缠”。你可以把它想象成创造一对有“心灵感应”的双胞胎光子。无论把它们分开多远,哪怕一个在地球,一个在火星,当你改变其中一个的状态(比如让它向左旋转),另一个会瞬间做出相应的改变(比如向右旋转)。

  在这项研究中,科学家利用的就是这种“隔空感应”。他们将纠缠的量子比特(可以理解为量子信息的最小单位)分配给不同的无人机。当一架无人机探测到环境变化时,它并不需要发送一段复杂的视频数据。它只需对自己手里的那个纠缠量子比特做一点“手脚”,改变它的状态。由于量子纠缠,其他无人机手里的关联量子比特的状态也会瞬间改变。通过测量这种改变,所有无人机就能“心照不宣”地共享信息,共同学习并调整行动策略。

科学家用“量子纠缠为无人机编队建立连接救灾时能绕过损毁网络(图1)

  图释:(从左起)Walid Saad和Alexander DeRieux在亚历山大学术大楼一号开幕式上展示了他们创新的eQMARL框架。图片来源:弗吉尼亚理工大学卢克·海耶斯

  这种方式带来了三大好处。第一是“静默协作”:无人机之间无需传统通信,避免了信号被截获或干扰的风险,也解决了灾区没信号的根本难题。第二是“学得快”:模拟实验显示,使用量子纠缠的无人机编队,找到最佳协作策略的速度,比用传统经典方法快出17.8%。第三是“负担轻”:整个系统的核心计算参数,比传统的分割式经典方法减少了25倍。这意味着未来可以用更轻量、更节能的设备来实现复杂的集群智能。

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