量子太空競賽來了

歐洲正在大舉將量子技術帶入太空，不少於三個公私合資企業發射了一顆量子通信衛星。 大西洋彼岸的趨勢引出了一個顯而易見的問題：在這場中國自 2016 年發射第一顆量子衛星以來一直佔據主導地位的競賽中，美國在哪裡？答案具有戰略和技術意義。

量子衛星使用與量子物理學密不可分或“糾纏”的光子與地面站通信。 量子糾纏鏈接允許以光速傳送信息，但也意味著任何攔截信號的嘗試都會立即切斷鍊接，從而使黑客無法進行。 量子通信衛星不僅將成為未來量子互聯網的樞紐，還將成為用於傳輸機密數據和通信的防黑客網絡的樞紐——更不用說將成為太空領域主導地位不可或缺的命令和控制架構的樞紐。

上個月歐洲航天局 宣布 由 20 家公司組成的財團計劃在 2024 年發射一顆量子衛星。該衛星將使用量子密鑰分發 (QKD) 技術。 即僅在共享方之間交換加密密鑰。 用於歐洲量子安全通信網絡。 該衛星將在低地球軌道（LEOLEO
) 並將連接到位於盧森堡的運營中心。

早在二月份，總部位於新加坡的航空航天公司 SpeQtral 也 宣布 在新加坡空間技術與工業辦公室和法國航空航天公司泰雷茲的幫助下，它將在 1 年發射其第一顆 QKD 衛星 SpeQtral-2024。 在這方面不甘示弱，維珍軌道與英國公司 Arqit Quantum 合作 不少於五次發射 LEO QKD 衛星的數量，從 2023 年開始。有趣的是，這些發射將通過 Arqit 的“聯邦量子系統”為潛在的政府客戶提供服務，該系統目前僅適用於五眼國家的國防部門。

QKD 是一項經過驗證的技術：瑞士的 IDQuantique 和澳大利亞的 QLabs 等公司多年來一直在為客戶提供量子加密（完全披露：兩者都是哈德遜研究所量子聯盟倡議的創始成員）。 在太空中部署這項技術更加棘手，所有這些衛星項目都將是實驗——至少一開始是這樣。 但正是中國在 2016 年發射了第一顆名為“墨子號”的量子衛星，並在一年後用它來確定如何在相距 1200 多公里的地面站之間實現長距離 QKD 通信。 2016 月，中國發射了第二顆量子加密衛星，據報導是其 XNUMX 年前代質量的六分之一。

另外，根據 “科技日報”2 月，中國在軌的天宮二號空間實驗室向四個地面站傳輸了量子加密密鑰——這些地面站能夠從軌道上的墨子號衛星接收量子密鑰，該衛星將空間站用作中繼器。

所有這些都是朝著在一系列軌道上創建與量子加密兼容的衛星星座邁出的一步，為那些不知道量子密鑰的人提供無法破解和不透明的長距離通信。

那麼在這一切中，美國在哪裡？ 奇怪的是，儘管第一個 QKD 網絡是由國防高級研究計劃局於 2003 年創建的，但我們的政府，尤其是我們的國家安全局在很大程度上對基於糾纏的通信和 QKD 的可能性不感興趣，同時暗示了中國的興趣在技​​術上一直是浪費時間和金錢。 最近空軍研究實驗室 資助了研究 關於將無人機用於量子糾纏網絡，但監督這些努力的人並沒有看到使用僅在衛星和地面站完美對齊時才有效的量子技術如何標誌著當前系統的巨大改進。

雖然美國 CHIPSHIPS
和拜登總統於 2022 月簽署的 XNUMX 年科學法案， 每年撥款超過 153 億美元 對於量子計算和網絡，不太可能鼓勵在天空中基於 QKD 的系統開展更多工作。

然而，如果中國和歐洲人能夠證明如何使用連接到多個地面站的多顆衛星創建一個真正的基於 QKD 的網絡，這種態度可能必須改變——即使是最老練的黑客也無法企及的網絡。

綜合考慮，如果美國要進入量子衛星競賽，它自己不太可能這樣做。 相反，那些希望看到美國利用這一新興技術對決的人將需要鼓勵外國合作夥伴站出來幫助激勵我們的科學家、工程師和最終政府進行下一次巨大的飛躍，這一次進入空間領域。