“这确实是一个里程碑。到目前为止，还没有小型卫星能够在地球轨道上实现全球量子密钥分发。”慕尼黑路德维希马克西米利安大学的实验量子物理学教授Harald Weinfurter在一份声明中强调了这一进展的重要性。

据SpaceNews消息，8月19日，德国立方体卫星即将通过光链路进行量子密钥生成和分发的测试。

图：8月16日，一架猎鹰9号从加利福尼亚州范登堡太空部队基地起飞，执行运输者-11号拼车任务。

SpaceX

8月16日，德国的任务操作员在SpaceX猎鹰9号火箭的拼车发射任务中，成功将这颗3.53公斤的Qube卫星送入轨道，并在大约两小时后与其建立了联系。目前，团队正在迅速完成任务的发射和早期运营阶段（LEOP）。

“我们为LEOP设定了3个月的计划，但现在看来，我们的进展远远超出了最初的保守调试估计，”维尔茨堡大学远程信息处理中心主任Klaus Schilling在一封电子邮件中表示。

01

德国航天局与马普所共制

Qube卫星有点强

Qube卫星是由维尔茨堡大学远程信息处理中心设计和建造的，其量子密钥分发的有效载荷由慕尼黑的路德维希马克西米利安大学、马克斯普朗克量子光学研究所和埃尔朗根-纽伦堡大学共同提供。德国航天局（DLR）位于Oberpfaffenhofen的研究中心为该卫星提供了机载激光通信终端。

图：8月16日，用于测试量子密钥分发的Qube研究卫星在SpaceX的猎鹰9号拼车上发射升空。

维尔茨堡远程信息处理中心

马克斯普朗克量子光学研究所（Max Planck Institute for Quantum Optics，简称MPQ）成立于1976年，位于德国加尔兴，是一个在量子光学领域具有国际声誉的研究机构。MPQ以其在量子光学领域的研究成果在科学界产生了深远的影响，2023年，马克斯·普朗克量子光学研究所教授Ferenc Krausz因其在阿秒物理学领域的开创性工作荣获诺贝尔物理学奖。

图：诺贝尔物理学奖得主Ferenc Krausz

MPQ

“通过卫星进行量子密钥分发为实现全球安全的通信提供了巨大的经济潜力，”Schilling指出。

量子密钥分发技术因其安全性而受到政府机构、公司和学术界的广泛关注。由于量子力学的原理，任何试图拦截通信的行为都会被立即发现。2016年，中国发射的量子科学卫星“墨子号”，已经在轨道上成功展示了量子密钥分发技术，其重量达635公斤，与德国的立方体卫星有所不同。

多年来，德国的政府与企业一直致力于将量子通信技术微型化，以适应立方体卫星的尺寸。确保立方体卫星能够精确指向并与地面终端建立稳定的光链路是一个重大挑战。

此外，埃尔朗根-纽伦堡大学教授Christoph Marquardt在一份声明中提到，微型量子通信组件必须能够在发射和太空操作期间，在极端的振动、温度和辐射条件下保持完全功能。

图：德国目前正在进行一项可行性研究，即通过旋转关节连接立方体卫星，以平行跟踪两个目标进行量子密钥分发。

维尔茨堡远程信息处理中心

德国各机构已经在规划Qube的后续项目。QUBE-2，一个六单元立方体卫星，配备了更强大的激光有效载荷，预计将在2025年下半年发射。同时，CubEnik项目的可行性研究也在进行中，这是两个通过旋转关节连接的立方体卫星，旨在并行跟踪两个目标以进行量子密钥传输，将进一步提升量子通信的效率和安全性。

02

量子通信

大国的无声较量

凭借高安全性和高信道容量的优势，近年来，量子通信已成为科技竞赛中各国争相部署的战略高地。全球量子通信，中美领跑、欧洲追赶，国际竞争水深火热。

美国是最先将量子通信列入国家战略的国家之一。2003年，美国国防部高级研究计划局（DARPA）建立了世界上第一个量子密钥分发（QKD）保密通信网络，打响了量子通信的信号枪。DARPA量子网络的建设和运营为量子通信领域提供了宝贵的实践经验，并且为未来量子网络技术的发展奠定了基础。

图：DARPA的量子密钥分发网络结构

DARPA

此外，DARPA量子网络的构建和运营还带动了相关技术的进步，如开发了超导纳米线单光子探测器，这种新型探测器的速度至少比当时存在的探测器快20倍。通过这个网络，研究人员还首次展示了量子窃听者的概念，证实了量子状态的特性可以用来检测窃听行为。

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实际城市光纤网络，成功实现了实验室之外的量子远距传输，将一个光子的量子态传输到了3.7英里（约合6公里）之外。

实验不仅在实际城市基础设施中实现了量子态的远距传输，其传输距离也是当时实验室外达到的最高速度。研究人员指出，这是在现实环境中演示量子效应的重要一步，对于实现构建量子网络的终极目标具有里程碑式意义。

图：美国Phio州际量子通信网络

Quantum Xchange

在量子网络的商业化应用领域，美国也先人一步。2018年，Quantum Xchange公司建设了全美首个量子互联网——Phio，这是一个沿着美国东海岸的州际、商用量子密钥分发（QKD）网络。

2016年8月，以中国古代思想家“墨子”命名的全球首颗量子科学实验卫星，在酒泉卫星发射中心发射成功，标志着中国在量子科学领域的一个新起点。以“墨子号”为实验平台，中国科学家完成了“千里纠缠、星地传密、隐形传态”三项国际量子科研重大突破，确立了中国在全球量子通信研究领域的领跑优势。

到了2021年，中国建成了世界上首个星地一体的量子通信网络。通过“墨子号”与京沪量子通信干线的协同工作，该网络实现了4600公里的量子安全通信，进一步巩固了中国在全球量子通信领域的地位。

图：“墨子号”太阳同步轨道（SSO）与“天宫二号”空间实验室中倾轨道（MIO）示意图

Optica

2022年8月，潘建伟院士及其团队在“天宫二号”空间实验室和四个地面站上，运用紧凑型量子密钥分发（QKD）终端，成功演示了空对地量子密钥分发网络。这次演示中，新研发的QKD系统成功执行了全球首次量子加密的虚拟电话会议，标志着中国在量子通信技术实用化方面迈出了重要一步，也预示着中国在基于小型卫星网络的量子密钥分发技术应用上取得了显著进展。

其他国家也在奋力追赶，不肯错过利用量子通信为自身谋福祉的机会。

2019年，欧盟正式启动了欧洲量子通信基础设施（EuroQCI）倡议，旨在建立一个覆盖整个欧盟及其海外领土的安全量子通信基础设施。欧盟委员会正在与27个欧盟成员国和欧洲航天局（欧空局）合作，设计、开发和部署EuroQCI，该部分将由一个地面部分以及一个基于卫星的空间部分组成，依靠连接国家和跨境战略站点的光纤通信网络，它将成为欧盟新的天基安全通信系统IRIS²的组成部分。

图：欧洲量子通信基础设施 （EuroQCI） 倡议

欧盟

EuroQCI将通过把基于量子的系统集成到现有的通信基础设施中，来保护敏感数据和关键基础设施，提供基于量子物理学的额外安全层。它将加强对欧洲政府机构、其数据中心、医院、能源网等的保护，成为欧盟未来几十年网络安全战略的主要支柱之一。

2022年2月，新加坡启动了量子工程计划（Quantum Engineering Programme,QEP）的首个项目——国家量子安全网络（National Quantum-Safe Network, NQSN），该试验性项目致力于在全国范围内部署量子通信技术，目的是增强关键基础设施的网络安全防护能力。

图：8月8日，新加坡电信推出东南亚首个全国性量子安全网络

Singtel

不久前，新加坡电信（Singtel）宣布推出东南亚首个增强版国家量子安全网络NQSN+，意在通过采用前沿的量子安全技术，为企业提供抵御量子计算威胁的防护措施，并允许企业在正式服务启动前先行体验。Singtel的量子安全网络（Quantum-Safe Network, QSN）与多种网络及安全设备兼容，能够为那些追求全域通信安全保障的企业提供一站式的集成解决方案和强大的连接性。此外，这一网络还将进一步将量子级的安全防护措施拓展应用到身份验证、移动服务等新兴领域。

03

德国的量子布局

德国政府高度重视量子科技的发展，于2023年发布了量子技术行动计划。该计划由德国联邦教研部（BMBF）提出，制定了2023-2026年的战略框架，德国联邦政府承诺将与科学组织机构一起为该计划提供约30亿欧元的资助，旨在推进量子技术研发及应用，并确保德国在量子技术和技术主权方面处于全球领先地位。

技术发展方面，德国在量子计算、量子通信、量子测量和传感器系统等关键领域均有显著进展。德国的中期发展重点是基于逻辑门的有噪声中等规模量子计算机（NISQ计算机），并逐步实现制造通用容错量子计算机的长期目标。此外，德国还在量子通信领域取得了突破，计划短期内建立起防窃听的点对点短程连接，并最终实现全球量子通信网络的构建。

此外，国际合作场域也不乏德国的身影。

2022年，德国与荷兰、法国签署了量子技术合作联合声明，旨在加强三国在量子生态系统之间的协同作用，同时共同构建一个吸引国际顶尖人才的环境，为整个欧洲大陆的量子业务奠定基础。此外，德国也在欧洲量子旗舰计划中也发挥着重要作用。

参考链接

[1]https://spacenews.com/german-cubesat-to-test-quantum-key-distribution/

[2]https://digital-strategy.ec.europa.eu/en/policies/european-quantum-communication-infrastructure-euroqci

[3]https://spacenews.com/spacex-launches-transporter-11-smallsat-rideshare-mission/

[4]https://www.singtel.com/about-us/media-centre/news-releases/Singtel-launches-Southeast-Asia-first-nationwide-quantum-safe-network-ready-for-enterprise-trials

[5]https://opg.optica.org/optica/fulltext.cfm?uri=optica-9-8-933&id=492969

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本文转载自“光子盒”，原标题量子安全通信，德国搭乘马斯克的Space X火箭入局！。

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