不靠 5G 也不用衛星!美研究揭量子糾纏能打造「零資料交換」的機器人機群
在野火、災區或戰場等極端環境中,無人機群與機器人車隊面臨著共同的致命傷:通訊中斷。一旦失去連線,多代理 AI 系統便無法交換資訊,導致協同決策癱瘓。長期以來,工程界始終苦無對策,無法讓系統在「零資料交換」下維持協作。
近期,美國維吉尼亞理工學院(Virginia Tech)研究團隊提出了一項跳脫傳統通訊思維的新方法,嘗試以「量子糾纏」取代電纜、無線電波或衛星等傳統通訊傳輸,讓 AI 系統即使在「完全無訊號」的狀態下,仍然能彼此協調行動。
不傳訊號也能協作?量子力學的超距作用
研究團隊指出,在分散式多代理強化學習(Multi-Agent Reinforcement Learning,MARL)環境中,協作是一項關鍵挑戰。這類去中心化系統的學習框架,往往面臨兩難:既需要代理間的明確協調以提升效益,又必須降低共享龐大觀測數據所帶來的通訊與運算負擔。
為突破這項限制,研究人員轉向量子物理中最具顛覆性的現象之一:量子糾纏。當兩個量子位元(qubit)處於糾纏狀態時,其中一方的狀態變化,會立即反映在另一方,即便彼此相隔甚遠,且不需要任何訊號在空間中傳遞。
eQMARL 架構:用狀態改變取代數據傳輸
基於這個概念,研究團隊提出名為 eQMARL(Entangled Quantum Multi-Agent Reinforcement Learning)的新框架。其核心想法是,讓每個 AI 代理各自持有彼此糾纏的量子位元,當代理與環境互動、做出決策時,這些行為會改變本地的量子狀態,並同步影響其他代理手中的糾纏量子位元。
關鍵在於,系統不需要知道「哪些資訊」被改變,只要偵測到「狀態發生變化」,就能推斷整體系統的行動方向。研究作者之一 Alexander DeRieux 表示,這是一種利用變化本身進行學習的機制,而非仰賴具體資料交換。
根據該研究,在模擬實驗中,eQMARL 在通訊受限甚至完全中斷的情境下,表現明顯優於傳統多代理 AI 方法,也勝過未使用量子糾纏的量子學習基線模型。
應用潛力:從救災到抗干擾軍用系統
研究認為,這套架構在理論上可應用於多種高風險場景,例如野火救援的無人機群、地震後搜尋瓦礫的機器人隊伍,甚至是需要高度抗干擾能力的軍事自主系統。由於整個過程不依賴網路或衛星通訊,也被視為一種高度安全、難以被攔截的協同機制。
不過,研究團隊也坦言,這項技術距離實際落地仍有不小距離。首先,大規模、長時間維持穩定量子糾纏,目前仍高度依賴實驗室等級設備;其次,量子硬體在體積、耐用度與成本上,都尚未達到可部署於無人機或行動機器人的程度。
DeRieux 預估,若要看到這類技術真正應用於災害應變或實地部署,恐怕還需要 10 到 15 年的時間。接下來,研究團隊將持續完善數學模型,並在更貼近現實條件的模擬環境中進行測試,等待量子技術本身的成熟。
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*本文開放合作夥伴轉載,資料來源:《Interesting Engineering》、arXiv,首圖來源:Unsplash