美軍量子通信能力分析

量子通信是以量子力學原理為基礎的前沿通信技術，其理論上具備“無條件安全”的通信特性，在軍事領域展現(xiàn)出革新信息傳輸安全體系的潛力。美國憑借其科研實力與戰(zhàn)略規(guī)劃能力，在量子通信的軍事研究方面開展了系統(tǒng)性布局與探索，以求在軍事通信領域維持技術優(yōu)勢。

一、技術突破進展

量子通信基于量子力學原理，通過操控量子態(tài)(如光子偏振態(tài)、疊加態(tài)與糾纏態(tài))實現(xiàn)信息傳輸。相比傳統(tǒng)技術，其核心優(yōu)勢在于量子態(tài)不可克隆與測量擾動可探測，在軍事上可增強信息傳輸安全性與抗干擾能力，有效防御信號截獲、篡改及網(wǎng)絡攻擊。美軍正系統(tǒng)布局量子通信，重點包括：

量子加密通信

在量子加密通信領域，美軍以量子密鑰分發(fā)(QKD)為核心技術，該技術基于量子不可克隆定理與測量塌縮特性，通過實時監(jiān)測量子態(tài)擾動(如光子偏振變化)感知竊聽行為，從而保障通信安全。目前已應用于核指揮控制、戰(zhàn)略情報傳輸?shù)雀呙芗増鼍啊?024年8月，美國空軍與瑞士Terra Quantum公司簽訂合同推進QKD研究，后者通過傳統(tǒng)光纖與光放大器結合方案，在1707公里光纖中實現(xiàn)每秒0.9比特的密鑰速率，顯著降低了對專用硬件設備的依賴。

量子密鑰分發(fā)(QKD)技術原理圖

量子通信網(wǎng)絡

量子通信網(wǎng)絡建設方面，美軍致力于構建全球覆蓋的衛(wèi)星量子中繼體系。2025年4月，波音公司與HRL實驗室完成Q4S衛(wèi)星任務核心組件驗證，該設備為15公斤級太空級組件，該實驗成功實現(xiàn)了四光子量子糾纏交換，糾纏保真度達0.8至0.9，每秒檢測能力為2500對光子。其在極端環(huán)境下的穩(wěn)定性已通過測試，按計劃將于 2026 年執(zhí)行在軌任務。

波音工程師準備 Q4S 子裝配體構建以進行環(huán)境測試

自由空間量子通信

自由空間量子通信在軍事應用中具有重要戰(zhàn)略意義，可滿足特殊環(huán)境與移動平臺的通信需求。2023年12月，美國陸軍聯(lián)合Rydberg Technologies公司完成基于里德堡原子的遠程無線電通信系統(tǒng)測試，該系統(tǒng)覆蓋0.3-3GHz頻段，具備抗電磁干擾能力且功耗較低，可以實現(xiàn)1公里距離的信號傳輸。這一技術突破為戰(zhàn)場隱蔽通信、無人機集群控制等應用場景提供了新的解決思路。

基于里德堡原子技術的原子接收機

另一種實現(xiàn)自由空間量子通信的技術路徑是將量子通信功能集成于現(xiàn)有激光通信設備。美軍與挪威司令部合作測試了Rhea Space Activity公司開發(fā)的量子通信原型設備QLOAK。該設備可直接適配現(xiàn)有激光通信終端，通過自由空間光學器件在遠距離場景下建立量子安全通信鏈路，并基于QKD技術強化信息傳輸安全。2023 年 10 月，其在非實驗室環(huán)境(如北極地區(qū))完成加密傳輸測試，驗證了復雜電磁與極端條件下的可用性，為跨區(qū)域軍事行動提供環(huán)境適應性通信方案。

量子通信原型設備QLOAK被固定到激光通信設備上

二、經(jīng)費體系布局

在推動量子通信從基礎研究向戰(zhàn)術化部署轉化過程中，美軍對經(jīng)費投入進行了系統(tǒng)性規(guī)劃。以量子網(wǎng)絡領域的“AFRL Quantum Testbed”和“DARPA QuANET”項目為例，前者由美國空軍研究實驗室(AFRL)主導，前期重點開展硬件搭建與基礎試驗，后期逐步轉向量子系統(tǒng)構建、分布式量子網(wǎng)絡及量子云測試等方向;后者由美國國防高級研究計劃局(DARPA)推動，目標是實現(xiàn)經(jīng)典網(wǎng)絡與量子信號的融合，構建戰(zhàn)場量子加密通信層。從2022-2024年的資金投入數(shù)據(jù)來看，這兩個項目的經(jīng)費呈現(xiàn)逐年增長趨勢。

圖注：2022-2024年“AFRL Quantum Testbed”和“DARPA QuANET”項目的資金投入情況

此外，五角大樓計劃2025-2028年每年向“量子躍遷加速”項目投入1億美元，旨在推動包含量子通信技術在內的量子技術從實驗室向商業(yè)產(chǎn)品轉化。形成“基礎研究-技術驗證-戰(zhàn)術部署”的聯(lián)動體系。

三、合作機制構建

美國在量子通信領域構建了較為系統(tǒng)的國內協(xié)同機制，旨在協(xié)調政策、科研與應用各環(huán)節(jié)的資源配置。國家量子協(xié)調辦公室(NQCO)在國家層面統(tǒng)籌量子科技戰(zhàn)略，協(xié)調能源部(DOE)、國防部(DoD)、國家科學基金會(NSF)和國家標準與技術研究院(NIST)等關鍵機構。國防創(chuàng)新單元(DIU)則側重于技術落地，推動量子通信模塊等技術的軍民融合轉化。與此同時，由多個國家實驗室牽頭的五大量子信息科學研究中心(NQISRC)在量子通信、網(wǎng)絡、材料與計算等方向承擔基礎研究任務和人才培養(yǎng)職能。

同時美國在量子通信領域與多方盟友及伙伴國家開展合作，通過設立各類項目與機制整合資源，推進相關技術發(fā)展應用。以下是美國與部分國家/地區(qū)在該領域的合作情況：

美國量子通信國際合作框架(2024-2025)

四、總結

美軍在量子通信領域已形成技術積累與分層推進的軍事應用框架。技術層面，其以量子密鑰分發(fā)(QKD)為核心強化信息安全防護能力，同步探索量子衛(wèi)星網(wǎng)絡構建全球通信體系，并在自由空間量子通信技術(如里德堡原子接收器、激光終端集成方案)上取得突破性進展，逐步覆蓋移動平臺與復雜戰(zhàn)場環(huán)境需求。資金層面，通過國防部主導的專項計劃(如AFRL、DARPA項目)形成持續(xù)投入機制，結合軍民融合模式加速技術轉化，同時設立長期戰(zhàn)略基金支持實驗室成果向實戰(zhàn)應用過渡。合作層面，國內通過跨部門協(xié)同機制整合資源，國際層面以技術標準綁定與盟友建立深度協(xié)作，形成“技術研發(fā)-標準輸出-區(qū)域適配”的聯(lián)動體系。

盡管如此，美軍現(xiàn)有量子通信技術發(fā)展仍存在結構性矛盾與戰(zhàn)略短板。當前發(fā)展仍面臨三方面核心局限：其一，量子中繼器技術未成熟，遠距離通信的光子損耗與量子態(tài)退相干問題制約組網(wǎng)效能;其二，量子通信技術體系與現(xiàn)有軍事通信標準的兼容性不足，系統(tǒng)融合面臨硬件接口與協(xié)議適配挑戰(zhàn);其三，國際合作中技術話語權不對等，部分盟友參與局限于應用層，難以突破美軍主導的技術框架。(來源：北京藍德信息科技有限公司)

參考資料

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https://ionq.com/news/ionq-announces-new-usd21-1-million-project-with-united-states-air-force

https://quantumcomputingreport.com/ionq-signs-a-54-5-million-contract-with-afrl-for-research-in-both-quantum-computing-and-quantum-networking/

https://news.clearancejobs.com/2024/03/08/leidos-and-raytheon-win-darpa-contracts-for-the-quantum-augmented-network-program/