在通信技术领域,一项突破性研究为解决特殊场景下的通信难题带来了新希望。美国弗吉尼亚理工大学的研究团队提出了一种创新设想,旨在让机器人和无人机在无信号环境中实现通信,这一设想若能实现,将在多个领域引发变革。
传统通信方式高度依赖电缆、无线电波或卫星,电脑和手机发送的电子邮件、短信或数据包,都需要在开放的互联网环境中传输。然而,在自然灾害、战争或大规模网络中断等特殊情况下,这些数据包极易被拦截,甚至完全无法传输。对于无人机集群、机器人小队等多智能体AI系统而言,持续的无线通信至关重要,但在野火现场或灾害区域,信号丢失或受到干扰的情况频繁发生,导致集群无法正常运作。
为了攻克这一难题,研究人员将目光投向了量子纠缠这一物理现象。量子纠缠中,两个粒子(如量子比特)在特定条件下会形成深度关联,其中一个粒子发生变化,另一个粒子会随之改变,且这种变化不受距离限制,通过粒子共享的量子态传递信息,无需像无线电那样向空间发送信号。
基于量子纠缠,研究团队开发出名为eQMARL(entangled quantum multi-agent reinforcement learning,纠缠量子多智能体强化学习)的新框架。该框架的核心是构建一套学习机制,利用量子纠缠现象实现信息共享。研究人员并不关注具体的变化内容,而是聚焦于变化是否发生。
在eQMARL框架中,每个智能体都被分配一个纠缠的量子比特。当某个智能体观察环境、接收感知信息或作出决策时,其内部的量子比特状态会发生改变,这种改变会通过量子纠缠传递到其他智能体内部的量子比特。智能体只需通过对本地量子状态进行测量,就能在没有任何直接数据传输的情况下,获取来自集群的有效信息。这种学习方式允许机器不断试错,并根据环境反馈调整自身行为,从而改进性能。
从应用前景来看,这项研究具有巨大的潜力。短期内,它有望应用于无人机集群灭火、机器人搜救坍塌建筑等场景;长远而言,它可能开创一种完全绕开互联网的超安全通信方式,大幅降低黑客攻击的风险。
不过,这项技术目前仍面临诸多限制。大规模且稳定的量子纠缠目前还难以走出实验室,现实可用的量子硬件在体积和可靠性方面也无法满足实际应用需求。研究团队预计,要实现灾害救援无人机等现实场景的应用,可能还需要10 - 15年的时间。目前,他们正在继续完善框架的数学基础,并在更贴近现实的条件下进行测试。











