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(chǔ)的前沿通信技術(shù)，其理論上具備“無條件安全”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(lǐng)域維持技術(shù)優(yōu)勢。

一、技術(shù)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(shù)，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(luò)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(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(yīng)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(jié)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(shè)備的依賴。

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實驗室完成Q4S衛(wèi)星任務(wù)核心組件驗證，該設(shè)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(wù)。

波音工程師準備 Q4S 子裝配體構(gòu)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(yīng)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(shù)突破為戰(zhàn)場隱蔽通信、無人機集群控制等應(yīng)用場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

另一種實現(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試了Rhea Space Activity公司開發(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(shù)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(fù)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(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)費體系布局

在推動量子通信從基礎(chǔ)研究向戰(zhàn)術(shù)化部署轉(zhuǎn)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(luò)領(lǐng)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(dǎo)，前期重點開展硬件搭建與基礎(chǔ)試驗，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(luò)與量子信號的融合，構(gòu)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(shù)在內(nèi)的量子技術(shù)從實驗室向商業(yè)產(chǎn)品轉(zhuǎn)化。形成“基礎(chǔ)研究-技術(shù)驗證-戰(zhàn)術(shù)部署”的聯(lián)動體系。

三、合作機制構(gòu)建

美國在量子通信領(lǐng)域構(gòu)建了較為系統(tǒng)的國內(nèi)協(xié)同機制，旨在協(xié)調(diào)政策、科研與應(yīng)用各環(huán)節(jié)的資源配置。國家量子協(xié)調(diào)辦公室(NQCO)在國家層面統(tǒng)籌量子科技戰(zhàn)略，協(xié)調(diào)能源部(DOE)、國防部(DoD)、國家科學基金會(NSF)和國家標準與技術(shù)研究院(NIST)等關(guān)鍵機構(gòu)。國防創(chuàng)新單元(DIU)則側(cè)重于技術(shù)落地，推動量子通信模塊等技術(shù)的軍民融合轉(zhuǎn)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(luò)、材料與計算等方向承擔基礎(chǔ)研究任務(wù)和人才培養(yǎng)職能。

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

美國量子通信國際合作框架(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)為核心強化信息安全防護能力，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)上取得突破性進展，逐步覆蓋移動平臺與復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境需求。資金層面，通過國防部主導(dǎo)的專項計劃(如AFRL、DARPA項目)形成持續(xù)投入機制，結(jié)合軍民融合模式加速技術(shù)轉(zhuǎn)化，同時設(shè)立長期戰(zhàn)略基金支持實驗室成果向?qū)崙?zhàn)應(yīng)用過渡。合作層面，國內(nèi)通過跨部門協(xié)同機制整合資源，國際層面以技術(shù)標準綁定與盟友建立深度協(xié)作，形成“技術(shù)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(shù)發(fā)展仍存在結(jié)構(gòu)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(shù)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(shù)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(shù)話語權(quán)不對等，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/