量子太空竞赛来了

欧洲正在大举将量子技术带入太空，不少于三个公私合资企业发射了一颗量子通信卫星。 大西洋彼岸的趋势引出了一个显而易见的问题：在这场中国自 2016 年发射第一颗量子卫星以来一直占据主导地位的竞赛中，美国在哪里？答案具有战略和技术意义。

量子卫星使用与量子物理学密不可分或“纠缠”的光子与地面站通信。 量子纠缠链接允许以光速传送信息，但也意味着任何拦截信号的尝试都会立即切断链接，从而使黑客无法进行。 量子通信卫星不仅将成为未来量子互联网的枢纽，还将成为用于传输机密数据和通信的防黑客网络的枢纽——更不用说将成为太空领域主导地位不可或缺的命令和控制架构的枢纽。

上个月欧洲航天局 公布 由 20 家公司组成的财团计划在 2024 年发射一颗量子卫星。该卫星将使用量子密钥分发 (QKD) 技术。 即仅在共享方之间交换加密密钥。 用于欧洲量子安全通信网络。 该卫星将在低地球轨道（LEOLEO
) 并将连接到位于卢森堡的运营中心。

早在二月份，总部位于新加坡的航空航天公司 SpeQtral 也 公布 在新加坡空间技术与工业办公室和法国航空航天公司泰雷兹的帮助下，它将在 1 年发射其第一颗 QKD 卫星 SpeQtral-2024。 在这方面不甘示弱，维珍轨道与英国公司 Arqit Quantum 合作 不少于五次发射 LEO QKD 卫星的数量，从 2023 年开始。有趣的是，这些发射将通过 Arqit 的“联邦量子系统”为潜在的政府客户提供服务，该系统目前仅适用于五眼国家的国防部门。

QKD 是一项经过验证的技术：瑞士的 IDQuantique 和澳大利亚的 QLabs 等公司多年来一直在为客户提供量子加密（完全披露：两者都是哈德逊研究所量子联盟倡议的创始成员）。 在太空中部署这项技术更加棘手，所有这些卫星项目都将是实验——至少一开始是这样。 但正是中国在 2016 年发射了第一颗名为“墨子号”的量子卫星，并在一年后用它来确定如何在相距 1200 多公里的地面站之间实现长距离 QKD 通信。 2016 月，中国发射了第二颗量子加密卫星，据报道，这是其 XNUMX 年前代质量的六分之一。

另外，根据 “科技日报”2 月，中国在轨的天宫二号空间实验室向四个地面站传输了量子加密密钥——这些地面站能够从轨道上的墨子号卫星接收量子密钥，该卫星将空间站用作中继器。

所有这些都是朝着在一系列轨道上创建与量子加密兼容的卫星星座迈出的一步，为那些不知道量子密钥的人提供无法破解和不透明的长距离通信。

那么在这一切中，美国在哪里？ 奇怪的是，尽管有史以来第一个 QKD 网络是由国防高级研究计划局于 2003 年创建的，但我们的政府，尤其是我们的国家安全局在很大程度上对基于纠缠的通信和 QKD 的可能性不感兴趣，同时暗示了中国的兴趣在技​​术上一直是浪费时间和金钱。 最近空军研究实验室 资助了研究 关于将无人机用于量子纠缠网络，但监督这些努力的人并没有看到使用仅在卫星和地面站完美对齐时才有效的量子技术如何标志着当前系统的巨大改进。

虽然美国 CHIPSHIPS
和拜登总统于 2022 月签署的 XNUMX 年科学法案， 每年拨款超过 153 亿美元 对于量子计算和网络，不太可能鼓励在天空中基于 QKD 的系统开展更多工作。

然而，如果中国和欧洲人能够证明如何使用连接到多个地面站的多颗卫星创建一个真正的基于 QKD 的网络，这种态度可能必须改变——即使是最老练的黑客也无法企及的网络。

综合考虑，如果美国要进入量子卫星竞赛，它自己不太可能这样做。 相反，那些希望看到美国利用这一新兴技术对决的人将需要鼓励外国合作伙伴站出来帮助激励我们的科学家、工程师和最终政府进行下一次巨大的飞跃，这一次进入空间领域。