波音进军量子通信！将于2026年进行量子网络卫星演示

时间: 2024-11-12 06:03:30 |   作者: 新闻中心

  ，以展示其在轨量子纠缠交换能力，向构建一个连接量子传感器和量子计算机的全球量子互联网迈进。目前，首创的紧凑型设计

  波音公司指出，在太空中测试量子纠缠交换技术是量子网络发展的关键一步，它将使传感器可以有效的进行更精确的测量，并将这一些数据直接传输到更强大的量子计算机中。

  “量子纠缠交换是未来通信的基石，它是量子网络所需的通用通信协议，”波音公司负责颠覆性计算、网络和传感器的首席工程师Jay Lowell解释道，“我们对量子技术寄予厚望。尽管该技术仍处于起步阶段，但量子网络有望大幅度的提高从气候科学到通信安全等领域的应用能力。”

  纠缠交换技术基于量子隐形传态——这是一种能够在不移动粒子本身的情况下传输粒子所携带信息的方法。爱因斯坦曾将这一神秘现象称为“远距离的幽灵动作”。

  Lowell强调：“通过演示纠缠交换，我们大家可以构建一个可扩展的网络，使量子信息能够在远距离传输，克服当前的退相干和损耗限制。”太空中的量子网络功能能释放新的潜力，帮助研究人员收集有关地球和太空环境的更多数据，而这些领域的进展受到当前仪器灵敏度和分辨率的限制进展。

  “波音一直是创新的先锋，不断拓展可能性的边界，”波音首席技术官Todd Citron表示，“我们不单单是参与量子研究，我们还引领着量子技术在全球应用的实施和扩展。”

  为期一年的Q4S演示将涉及在航天器内安装的两个纠缠光子对源。随着联合团队完成准备发射的太空强化有效载荷的技术设计，波音的技术合作伙伴HRL实验室已经取得了显著进展。

  与地面光纤网络相比，卫星更适合促进长距离量子信息通信。Lowell指出，地面光纤网络为了保持连接，大约每10公里就需要重复一次纠缠交换过程。

  成功的地面实验室验证为波音公司从近地轨道演示该技术的计划铺平了道路。该任务将采用Astro Digital的Corvus卫星平台，该平台计划于明年开始生产。波音选择使用Astro Digital卫星而非自行建造，因为该公司已证明，它能利用小型航天器产生任务所需的70-80瓦连续功率。位于加利福尼亚州的HRL实验室正在协助设计有效载荷。

  目前，波音公司正在为此项计划提供资金。Lowell表示，波音正在对量子技术进行“重大投资”，但并未透露具体细节。他补充道，美国政府和商业客户已经对此表现出浓厚兴趣，至少有一个客户可能会在不久的将来与波音合作开展这项计划，为后续任务做好准备。

  波音公司，是世界最大的航天航空器制造商、全球第二大国防承包商和美国第一大出口商，为150多个国家和地区的客户开发和制造民用飞机、军用飞机、国防产品、运载火箭和太空系统等，并提供配套服务。波音公司下设4大主体业务集团，分别为波音金融公司、波音民用飞机集团、波音联接公司和波音综合国防系统集团，在美国国防布局中扮演着十分关键的角色。

  因此，波音的新动作不仅带有商业色彩，有可能传递出一个重要信号：美国可能会在近期加速量子通信布局。

  目前，美国在量子计算领域全球领先，但在量子通信领域则落后于中国——近年来，一个较为流行的观点是，美国并没有对这一领域表现出太大的兴趣。

  9月9日，美国科技政策智库ITIF发布以《中国在量子领域的创新能力如何？》（How Innovative Is China in Quantum?）为题的报告。报告说明，凭借全球首颗量子科学卫星和世界上最长的QKD网络等等重大成就，中国早已成为量子通信领域的全球领跑者，其他几个国家也先后意识到在QKD领域保持竞争力的重要性，并进行了一些投资以保持领头羊，比如欧盟已经启动了EuroQCI项目，旨在在欧洲开发安全量子通信网络，韩国也正在开发自己的全国性QKD骨干网——但美国落后了。美国量子经济发展联盟（QED-C）在2024年的一份报告中提到：“目前，美国政府没有投资于此类演示项目，因此在未来美国只能成为QKD技术的追随者，而非领导者。”

  报告从科学出版物和专利申请水平两个指标衡量了中美在量子通信领域的总实力。多个方面数据显示，在量子通信方面，中国在研究数量和质量方面均处于领头羊，明显超过美国。在量子通信领域，中国创造了全球38%的出版物，而美国则为12.5%。在研究质量方面中国也位列全球第一，有31.5%的出版物进入前10%，H指数为48（衡量科研成果影响力的总综合指标），而美国排名第二，有16.7%的出版物进入前10%，H指数为43。此外，中国在国内量子通信专利方面也遥遥领先。

  其实，美国是最先将量子通信列入国家战略的国家之一。早在2003年，美国国防部高级研究计划局（DARPA）便打造了全球首个量子密钥分发（QKD）保密通信网络。

  此外，DARPA的量子网络项目为该领域的探索提供了实践指导，还催生了一系列技术革新，包括超导纳米线单光子探测器的研制，这种新型探测器的灵敏度远超当时的传统探测器，将速度提升了20倍左右。通过这一网络，科研人员首次提出了量子窃听者的概念，并通过实验验证了利用量子特性可以探测潜在的窃听行为。

  2016年，美国航空航天局（NASA）联合其他机构在量子远距传输领域取得了重要进展。研究人员利用加拿大卡尔加里市的城市光纤网络，成功实现了实验室之外的量子远距传输，将光子的量子态传输到了3.7英里（约合6公里）之外。研究人员强调，这一成果是在现实世界中展示量子效应的关键一步，对于实现量子网络的构建具备极其重大价值。

  2023年，波音公司首席高级技术研究员Jay Lowell参与了由弗吉尼亚创新合作公司（Virginia Innovation Partnership Corporation）和管理咨询公司Protiviti组织的访谈，讨论了波音在量子技术领域的重点工作以及如何将这些技术整合进公司的现有业务中。

  在加入波音之前，Lowell曾在美国国防高级研究计划局担任研究员，并在美国空军任教。加入波音后，他主要负责领导颠覆性新兴技术的战略规划和研究实施工作。

  Lowell在访谈中指出：“我们组建了一个专业的团队，致力于开发能在量子计算机上运行的算法，以助力实现我们的业务目标，并将这些前沿技术更精细地融合到我们的业务流程中。我们大家都认为，与技术开发同等重要的是，要思考何时开始将这些技术融入业务，以及何时从广泛的量子计算机研究转向更具体的设计、工程和制造案例。”

  他还提到，需要从更宏观的角度来看待波音在量子技术方面的布局。“我们该从战略层面审视我们当前的量子研究工作。探索如何将这些技术应用到我们的核心业务中，这才是我们研究的重点。”

  波音持续关注的主要领域是材料开发。“开发新材料系统并使其有资格用于航空环境或航空应用，这可能是一个需要耗时20年的过程。目前，我们已发现了量子计算和模拟技术在预测风险、让我们缩短寻找材料的时间方面的巨大潜力，利用量子计算机进行具有更高保真度、更深入的模拟，我们得以对材料之间的相互作用有了更为深入的理解。”Jay Lowell提到。

  此外，被波音予以重视的另一个问题是复合系统的优化。Lowell进一步补充道，虽然现有的量子计算机还不够大，在很多问题上仍旧没办法超越高性能计算系统与算法，但波音一直在研究这样一些问题在量子计算机上的扩展方式与当前方法的扩展方式有何不同。基于此，波音认为量子计算机拥有无限的潜力，因此波音正在为未来的交叉和过渡做好准备。

  中国科学技术大学杰出讲席教授、中国科学院量子信息与量子科学技术创新研究院院长潘建伟院士在9月9日的浦江创新论坛上透露了迈向全球量子通信网与量子互联网的最新进展和未来展望。

  在他看来，建立全世界的量子通信乃至互联网，由3个板块构成。其一是基于光纤的城域量子通信网络；其二是量子中继器与存储器链接形成的城际间量子通信；其三是量子卫星加持的远距离量子通信。

  据潘建伟预计，搭载原子光钟的第一颗GEO量子卫星有望在2027年问世。所谓GEO即地球同步轨道，也就是高地球轨道，运行在距离地面约36000公里的圆形轨道上。能预见的是，基于星地之间的量子通信“长跑接力”，地表的量子通信距离也将一举延伸至1万公里级，基本达成网络“全球通”条件。

  本文转载自“光子盒”，原标题《波音，进军量子通信！将于2026年进行量子网络卫星演示》。

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