美軍量子通信能力分析

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

一、技術(shù)突破進(jìn)展

量子通信基于量子力學(xué)原理，通過(guò)操控量子態(tài)(如光子偏振態(tài)、疊加態(tài)與糾纏態(tài))實(shí)現(xiàn)信息傳輸。相比傳統(tǒng)技術(shù)，其核心優(yōu)勢(shì)在于量子態(tài)不可克隆與測(cè)量擾動(dòng)可探測(cè)，在軍事上可增強(qiáng)信息傳輸安全性與抗干擾能力，有效防御信號(hào)截獲、篡改及網(wǎng)絡(luò)攻擊。美軍正系統(tǒng)布局量子通信，重點(diǎn)包括：

量子加密通信

在量子加密通信領(lǐng)域，美軍以量子密鑰分發(fā)(QKD)為核心技術(shù)，該技術(shù)基于量子不可克隆定理與測(cè)量塌縮特性，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)量子態(tài)擾動(dòng)(如光子偏振變化)感知竊聽(tīng)行為，從而保障通信安全。目前已應(yīng)用于核指揮控制、戰(zhàn)略情報(bào)傳輸?shù)雀呙芗?jí)場(chǎng)景。2024年8月，美國(guó)空軍與瑞士Terra Quantum公司簽訂合同推進(jìn)QKD研究，后者通過(guò)傳統(tǒng)光纖與光放大器結(jié)合方案，在1707公里光纖中實(shí)現(xiàn)每秒0.9比特的密鑰速率，顯著降低了對(duì)專(zhuān)用硬件設(shè)備的依賴(lài)。

量子密鑰分發(fā)(QKD)技術(shù)原理圖

量子通信網(wǎng)絡(luò)

量子通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方面，美軍致力于構(gòu)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(shí)驗(yàn)室完成Q4S衛(wèi)星任務(wù)核心組件驗(yàn)證，該設(shè)備為15公斤級(jí)太空級(jí)組件，該實(shí)驗(yàn)成功實(shí)現(xiàn)了四光子量子糾纏交換，糾纏保真度達(dá)0.8至0.9，每秒檢測(cè)能力為2500對(duì)光子。其在極端環(huán)境下的穩(wěn)定性已通過(guò)測(cè)試，按計(jì)劃將于 2026 年執(zhí)行在軌任務(wù)。

波音工程師準(zhǔn)備 Q4S 子裝配體構(gòu)建以進(jìn)行環(huán)境測(cè)試

自由空間量子通信

自由空間量子通信在軍事應(yīng)用中具有重要戰(zhàn)略意義，可滿(mǎn)足特殊環(huán)境與移動(dòng)平臺(tái)的通信需求。2023年12月，美國(guó)陸軍聯(lián)合Rydberg Technologies公司完成基于里德堡原子的遠(yuǎn)程無(wú)線電通信系統(tǒng)測(cè)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(shí)現(xiàn)1公里距離的信號(hào)傳輸。這一技術(shù)突破為戰(zhàn)場(chǎng)隱蔽通信、無(wú)人機(jī)集群控制等應(yīng)用場(chǎng)景提供了新的解決思路。

基于里德堡原子技術(shù)的原子接收機(jī)

另一種實(shí)現(xiàn)自由空間量子通信的技術(shù)路徑是將量子通信功能集成于現(xiàn)有激光通信設(shè)備。美軍與挪威司令部合作測(cè)試了Rhea Space Activity公司開(kāi)發(fā)的量子通信原型設(shè)備QLOAK。該設(shè)備可直接適配現(xiàn)有激光通信終端，通過(guò)自由空間光學(xué)器件在遠(yuǎn)距離場(chǎng)景下建立量子安全通信鏈路，并基于QKD技術(shù)強(qiáng)化信息傳輸安全。2023 年 10 月，其在非實(shí)驗(yàn)室環(huán)境(如北極地區(qū))完成加密傳輸測(cè)試，驗(yàn)證了復(fù)雜電磁與極端條件下的可用性，為跨區(qū)域軍事行動(dòng)提供環(huán)境適應(yīng)性通信方案。

量子通信原型設(shè)備QLOAK被固定到激光通信設(shè)備上

二、經(jīng)費(fèi)體系布局

在推動(dòng)量子通信從基礎(chǔ)研究向戰(zhàn)術(shù)化部署轉(zhuǎn)化過(guò)程中，美軍對(duì)經(jīng)費(fèi)投入進(jìn)行了系統(tǒng)性規(guī)劃。以量子網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的“AFRL Quantum Testbed”和“DARPA QuANET”項(xiàng)目為例，前者由美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室(AFRL)主導(dǎo)，前期重點(diǎn)開(kāi)展硬件搭建與基礎(chǔ)試驗(yàn)，后期逐步轉(zhuǎn)向量子系統(tǒng)構(gòu)建、分布式量子網(wǎng)絡(luò)及量子云測(cè)試等方向;后者由美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA)推動(dòng)，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)經(jīng)典網(wǎng)絡(luò)與量子信號(hào)的融合，構(gòu)建戰(zhàn)場(chǎng)量子加密通信層。從2022-2024年的資金投入數(shù)據(jù)來(lái)看，這兩個(gè)項(xiàng)目的經(jīng)費(fèi)呈現(xiàn)逐年增長(zhǎng)趨勢(shì)。

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

此外，五角大樓計(jì)劃2025-2028年每年向“量子躍遷加速”項(xiàng)目投入1億美元，旨在推動(dòng)包含量子通信技術(shù)在內(nèi)的量子技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室向商業(yè)產(chǎn)品轉(zhuǎn)化。形成“基礎(chǔ)研究-技術(shù)驗(yàn)證-戰(zhàn)術(shù)部署”的聯(lián)動(dòng)體系。

三、合作機(jī)制構(gòu)建

美國(guó)在量子通信領(lǐng)域構(gòu)建了較為系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)協(xié)同機(jī)制，旨在協(xié)調(diào)政策、科研與應(yīng)用各環(huán)節(jié)的資源配置。國(guó)家量子協(xié)調(diào)辦公室(NQCO)在國(guó)家層面統(tǒng)籌量子科技戰(zhàn)略，協(xié)調(diào)能源部(DOE)、國(guó)防部(DoD)、國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(NSF)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)等關(guān)鍵機(jī)構(gòu)。國(guó)防創(chuàng)新單元(DIU)則側(cè)重于技術(shù)落地，推動(dòng)量子通信模塊等技術(shù)的軍民融合轉(zhuǎn)化。與此同時(shí)，由多個(gè)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室牽頭的五大量子信息科學(xué)研究中心(NQISRC)在量子通信、網(wǎng)絡(luò)、材料與計(jì)算等方向承擔(dān)基礎(chǔ)研究任務(wù)和人才培養(yǎng)職能。

同時(shí)美國(guó)在量子通信領(lǐng)域與多方盟友及伙伴國(guó)家開(kāi)展合作，通過(guò)設(shè)立各類(lèi)項(xiàng)目與機(jī)制整合資源，推進(jìn)相關(guān)技術(shù)發(fā)展應(yīng)用。以下是美國(guó)與部分國(guó)家/地區(qū)在該領(lǐng)域的合作情況：

美國(guó)量子通信國(guó)際合作框架(2024-2025)

四、總結(jié)

美軍在量子通信領(lǐng)域已形成技術(shù)積累與分層推進(jìn)的軍事應(yīng)用框架。技術(shù)層面，其以量子密鑰分發(fā)(QKD)為核心強(qiáng)化信息安全防護(hù)能力，同步探索量子衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建全球通信體系，并在自由空間量子通信技術(shù)(如里德堡原子接收器、激光終端集成方案)上取得突破性進(jìn)展，逐步覆蓋移動(dòng)平臺(tái)與復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境需求。資金層面，通過(guò)國(guó)防部主導(dǎo)的專(zhuān)項(xiàng)計(jì)劃(如AFRL、DARPA項(xiàng)目)形成持續(xù)投入機(jī)制，結(jié)合軍民融合模式加速技術(shù)轉(zhuǎn)化，同時(shí)設(shè)立長(zhǎng)期戰(zhàn)略基金支持實(shí)驗(yàn)室成果向?qū)崙?zhàn)應(yīng)用過(guò)渡。合作層面，國(guó)內(nèi)通過(guò)跨部門(mén)協(xié)同機(jī)制整合資源，國(guó)際層面以技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)綁定與盟友建立深度協(xié)作，形成“技術(shù)研發(fā)-標(biāo)準(zhǔn)輸出-區(qū)域適配”的聯(lián)動(dòng)體系。

盡管如此，美軍現(xiàn)有量子通信技術(shù)發(fā)展仍存在結(jié)構(gòu)性矛盾與戰(zhàn)略短板。當(dāng)前發(fā)展仍面臨三方面核心局限：其一，量子中繼器技術(shù)未成熟，遠(yuǎn)距離通信的光子損耗與量子態(tài)退相干問(wèn)題制約組網(wǎng)效能;其二，量子通信技術(shù)體系與現(xiàn)有軍事通信標(biāo)準(zhǔn)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(guó)際合作中技術(shù)話語(yǔ)權(quán)不對(duì)等，部分盟友參與局限于應(yīng)用層，難以突破美軍主導(dǎo)的技術(shù)框架。(北京藍(lán)德信息科技有限公司)

參考資料

https://www.nato.int/cps/en/natohq/news_235129.htm

https://thequantuminsider.com/2024/11/01/u-s-south-korea-expand-quantum-tech-cooperation-in-enhanced-defense-partnership/

https://betakit.com/three-canadian-quantum-startups-selected-for-us-military-backed-quantum-race-ogram/

https://www.chronicleindia.in/current-affairs/11869-india-us-cooperation-in-quantum-tech

https://militaryembedded.com/cyber/cybersecurity/israeli-data-centers-secured-from-cyber-attacks-with-quantlr-and-nvidia?

https://www.hpcwire.com/off-the-wire/terra-quantum-secures-sbir-contract-to-develop-quantum-resistant-network-for-us-air-force/

https://www.aliroquantum.com/blog/what-are-quantum-repeaters

https://www.defenseone.com/defense-systems/2024/06/ultrasecure-comms-could-give-special-operators-leg/397499/

https://www.defenseone.com/technology/2023/12/army-tests-long-range-quantum-radio-communication/392979/

https://www.hrl.com/news/2025/04/16/hrl-laboratories-and-boeing-achieve-key-milestone-in-quantum-entanglement-swapping-satellite-mission

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/