LUNARA
MISSION CONCEPT·LUNARA
LUNAR · CRYOGENIC · QUANTUM

从无处不在到无处不在

地球与月球 He3 含量对比：地球极少，月球月海加权 4–20 ppb，太阳风注入月壤示意
/ 01HELIUM-3 · QUANTUM DEMAND

氦3是量子计算稀释制冷系统中的关键冷源资源，用于把量子处理器维持在毫开尔文级低温。

/ 01EARTH · SHIELDED

地球·几近为零

≤ 0.5 t

大气与磁场屏蔽太阳风四十亿年。He3 仅作为核反应副产物存在，全球估算储量 ≤ 0.5 吨。

/ 02MOON · ACCUMULATED

月球·百万吨级

~1.1 Mt

月壤裸露在太阳风下持续吸附 He3。月海表层加权丰度 4–20 ppb，总储量估算约 110 万吨。

/ 03QUANTUM · RUNNING OUT

量子·正在见底

10 mK

稀释制冷机以 He3 为关键冷源，维持量子比特 10 mK 工作温度。地球供应难以支撑产业规模化。

地球储量不足以支撑量子时代——必须前往月球开采 He3。

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/ 02LUNAR HE3 · EXTRACTION PIPELINE
/ 01 · DETECTION

探测·He3 分布

/ 02 · REGOLITH COLLECTION

采集·富集月壤

/ 03 · VOLATILE RELEASE

释放·太阳风挥发物

/ 04 · ISOTOPE SEPARATION

分离·He3

/ 05 · CRYOGENIC STORAGE

低温·储运

/ 06 · QUANTUM INFRASTRUCTURE

服务·量子基础设施

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04
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06
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月球 He3 的开采利用

  1. 01. 探测·He3 分布 (DETECTION)
  2. 02. 采集·富集月壤 (REGOLITH COLLECTION)
  3. 03. 释放·太阳风挥发物 (VOLATILE RELEASE)
  4. 04. 分离·He3 (ISOTOPE SEPARATION)
  5. 05. 低温·储运 (CRYOGENIC STORAGE)
  6. 06. 服务·量子基础设施 (QUANTUM INFRASTRUCTURE)
/ 01Qubit lattice

量子信息先被写入芯片阵列

每个交叉节点代表一个可控 qubit；低温环境让超导电路保持可操作的量子态。

/ 04QUBIT → QUANTUM NETWORK

量子比特在叠加、纠缠与不可克隆三条定律下展开指数级状态空间，再桥接到无条件安全的量子通信网络。

Figure 01qubit · bloch sphere
量子比特 Bloch 球面示意
|ψ⟩ = α|0⟩ + β|1⟩|α|² + |β|² = 1
Phase A · superposition

一个量子比特，
同时是 0 与 1。

量子比特在被测量时会随机坍缩为确定的 0 或 1：得到 0 的概率是 |\alpha|^2，得到 1 的概率是 |\beta|^2。一旦测量发生，叠加态便不可逆地消失。

Phase B · entanglement

两个比特，
一个指数级膨胀的状态空间。

两个量子比特通过张量积联合编码。贝尔态是一种典型的纠缠态——它无法分解为两个独立比特的乘积，等价于在两个粒子之间建立了一条「物理层级」的关联。

Formula · 02 · bell state · Φ⁺
|\Phi^+\rangle = \frac{|00\rangle + |11\rangle}{\sqrt{2}}
Phase C · gates

量子门，
是相位与幅度的可逆雕刻。

通过精心设计的量子门序列让目标路径相干增强、其它路径相互抵消，使测量时以极高概率得到正确结果——这就是量子算法的物理本质。

Phase D · communication

量子通信不是把经典信息
「变成量子态」发送。

它利用量子态的不可克隆性与测量塌缩效应，实现经典信息论无法企及的两件事：窃听可被检测的无条件安全通信；以及通过纠缠与隐形传态完成量子态的离物传输与网络化处理。

Three branches量子通信的核心分支
  • QKDI

    量子密钥分发

    依托不可克隆与塌缩定律——窃听必留痕，密钥分发达到「无条件安全」。

    工程化最成熟
  • TeleportationII

    量子隐形传态

    通过纠缠与经典辅助信道转移量子态本身；不是物质，也不是经典比特，而是态。

    实验室 → 城域网
  • Quantum NetIII

    量子网络与量子互联网

    纠缠分发 + 量子中继，把分布的量子节点编织为可寻址的量子互联网底座。

    未来 20 年的赛道
阿波罗 17 号 Taurus-Littrow 山谷着陆点全景：左侧可见宇航员影子与月面岩石，中央为月球车 LRV 与远山地平线，右侧为 ALSEP 科学仪器组。
FIELD EVIDENCE · APOLLO 17
NO ATMOSPHERE

无大气 · 无电离层 · 无电磁噪声

SHORTER HORIZON

月球半径更小 · 极限视距远短于地球

EM-SILENT CHANNEL

电磁静默 · 真空信道 · 接近理想实验室

Apollo 17 · ALSEP · Taurus-Littrow Valley · NASA JSC2004e52772 · Dec 1972
/ 05QUANTUM COMMUNICATION

地球的无线信道，在月面是否成立?

Table 01地球无线信道种类及其月球可移植性
03电离层反射

月球无大气，不存在电离层。

04地面反射路径

月壤成分对电磁波吸收强、反射弱、散射多。

05近地散射簇

月球表面空旷，基本不存在散射簇。

为什么月球基地适合量子网络

  • pillar I

    基于全链路的 He-3 开发提供散热和温控

  • pillar II

    得益于电磁静默、环境真空的优秀无线信道

  • pillar III

    低重力环境下提供了地球无法复刻的近实验室环境

/ 06QKD PERFORMANCE · EMPIRICAL

仿真显示:大气湍流让地月链路 SKR 腰斩、QBER 指数恶化;月面信道仅由硬件本征噪声主导。

Two metrics define QKD
01metric
bit/s

SKR

Secret Key Rate

量子通信的「网速」

QKD 中通信双方 Alice / Bob 最终能生成的、信息论安全的密钥比特速率。

02metric
%

QBER

Quantum Bit Error Rate

量子信道的「窃听警报」

接收端测得的错误量子比特占总比特数的比例——同时反映信道噪声与潜在窃听。

Simulation 01地月链路 vs 月面信道（距离 → 性能）
earth
大气湍流主导，25 km 量级即指数恶化
moon
无大气衰减，曲线贴近硬件本征下限
Key finding

月面 QBER 性能基本完全受限于硬件本征误差——电磁环境相较地球极其干净，可以忽略不计。

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/ 07DEEP SPACE CODA · 07
三阶段演化路径 · 每一阶段都自带可交付物
/ 01

量子密钥分发网络

  • 在网络中任意两点间预置共享纠缠对
  • 部署量子中继器和量子存储器
  • 克服长距离光子损耗
/ 02

纠缠分发网络

  • 量子计算机实现纠缠互联
  • 形成量子算力集群
  • 实现盲态下的量子计算
/ 03

分布式量子计算互联网

THE FRONTIER IS WITHIN REACH

月球量子互联网就在眼前

从月壤到深空——基础设施已经在路上。

LUNAR QUANTUM NETWORK · CONCEPT RENDERING—— Lunara · From Regolith to the Cosmic Quantum Network
PLAYABLE PROTOTYPES · 08—09

两条不同路径触达同一个故事：在月海上挖出第一克氦-3，或驾驶飞船把整颗月球点亮。

PROTOTYPE · 08

Mare Helios · 月海探险

从一把铲子开始，挖月壤、建钻机、研发量子计算中心。

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Mare-Helios.html·~390 KB·本地运行 · 数据不上传
或在浏览器中直接打开↗
PROTOTYPE · 09

Helium Skies · 月海长风

驾驶飞船穿越月海，采集含氦矿点，把氦-3 送进提炼厂与量子节点，逐步点亮整颗月球的通信网络。

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