潘建偉介紹：“第一條是基本目標(biāo)，完成即告成功。而第二條是拓展目標(biāo)和探索目標(biāo)。”

就這樣，早期的“瘋狂設(shè)想”一步步變成了一個(gè)個(gè)具體方案、一沓沓圖紙，以及一個(gè)個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)。

中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所研究員、“墨子號(hào)”工程常務(wù)副總設(shè)計(jì)師兼衛(wèi)星系統(tǒng)總指揮王建宇也在這時(shí)與潘建偉團(tuán)隊(duì)結(jié)下了不解之緣。做工程出身的他，最初被潘建偉的想法“嚇了一跳”。

“我們的工作是把潘建偉的想法搬到天上去，把天空和大地——幾千萬(wàn)平方公里變成一個(gè)大實(shí)驗(yàn)室?！蓖踅ㄓ钫f(shuō)，當(dāng)時(shí)他們列了六七件最難的事兒。

中國(guó)科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院研究員、量子衛(wèi)星系統(tǒng)總師朱振才剛接觸量子衛(wèi)星工程時(shí)，直覺(jué)告訴他，“這是一項(xiàng)前所未有的、挑戰(zhàn)技術(shù)極限的尖端空間任務(wù)”。

量子衛(wèi)星成功的關(guān)鍵是確保衛(wèi)星上發(fā)出兩束非常狹窄的微弱光束，準(zhǔn)確地照射到兩臺(tái)相距千公里的地面望遠(yuǎn)鏡上。與一般衛(wèi)星不同，量子衛(wèi)星平臺(tái)需要克服轉(zhuǎn)臺(tái)和轉(zhuǎn)鏡兩套運(yùn)動(dòng)模式不同的光學(xué)載荷運(yùn)動(dòng)干擾、姿控飛輪微振動(dòng)干擾、高速飛行衛(wèi)星的位置速度誤差、空間環(huán)境干擾等因素引起的光束方向抖動(dòng)，只依靠載荷無(wú)法使光束準(zhǔn)確、穩(wěn)定地照射到地面望遠(yuǎn)鏡上。

“我們采用衛(wèi)星平臺(tái)-載荷一體化協(xié)同分級(jí)控制技術(shù)，利用衛(wèi)星平臺(tái)姿控系統(tǒng)消除大氣、溫度等對(duì)量子光束范圍大、變化慢的干擾，使量子光束保持粗略對(duì)準(zhǔn)地面望遠(yuǎn)鏡，再利用衛(wèi)星平臺(tái)結(jié)構(gòu)削弱變化較快的微振動(dòng)干擾。最后利用載荷的粗跟蹤、精跟蹤兩級(jí)控制，使光束在小范圍內(nèi)精準(zhǔn)地照射到地面望遠(yuǎn)鏡，最終攻克了這項(xiàng)技術(shù)難題?！敝煺癫沤忉屨f(shuō)。

做科學(xué)實(shí)驗(yàn)要?jiǎng)?chuàng)新，要發(fā)現(xiàn)未知的東西，想法可以更加大膽。但做工程，他們要確保任務(wù)成功。

所以在衛(wèi)星具體研制階段，科學(xué)家與工程師團(tuán)隊(duì)在具體細(xì)節(jié)落實(shí)上，沒(méi)少對(duì)坐在會(huì)議桌前“拍桌子”。

“后來(lái)我們達(dá)成了一個(gè)共識(shí)——采用‘首席科學(xué)家+工程總指揮+工程總師’的決策組織模式解決問(wèn)題。遇到分歧，大家一起拍板?！迸私▊フf(shuō)，“首席科學(xué)家+兩總”的模式，在類(lèi)似科研任務(wù)中一直延續(xù)了下來(lái)。

“科學(xué)團(tuán)隊(duì)確保工程實(shí)施始終瞄準(zhǔn)科學(xué)目標(biāo)，配合工程團(tuán)隊(duì)厘清相關(guān)科學(xué)原理。工程團(tuán)隊(duì)突破關(guān)鍵技術(shù)，精心完成衛(wèi)星設(shè)計(jì)、制造和驗(yàn)證，確保衛(wèi)星性能優(yōu)異、工作可靠、質(zhì)量過(guò)硬?！敝煺癫耪f(shuō)。

最終，經(jīng)過(guò)5年艱苦攻關(guān)，量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星終于被成功研制出來(lái)。

夢(mèng)想照進(jìn)現(xiàn)實(shí)

激動(dòng)人心的時(shí)刻到了。2016年8月16日，世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空，中國(guó)率先將量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星的設(shè)想變成了現(xiàn)實(shí)。

2016年8月16日，世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空。

這顆衛(wèi)星被命名為“墨子號(hào)”，其背后大有深意。歷史記載，墨子早在2000多年前就進(jìn)行了光學(xué)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)光線沿直線傳播，繪制了凹面反射鏡光聚焦、小孔成像等光路圖，還測(cè)試計(jì)算了水的折射率?！熬拖駠?guó)外有伽利略衛(wèi)星、開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡一樣，以中國(guó)古代偉大科學(xué)先賢的名字來(lái)命名全球首顆量子衛(wèi)星，可以增強(qiáng)我國(guó)的文化自信和科研自信?！迸私▊フf(shuō)。

經(jīng)過(guò)4個(gè)月的在軌測(cè)試，2017年1月18日，“墨子號(hào)”正式交付中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱“中國(guó)科大”）開(kāi)展科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

2017年6月16日，“墨子號(hào)”迎來(lái)升空后第一個(gè)重大成果，在國(guó)際上首次完成千公里級(jí)星地雙向量子糾纏分發(fā)實(shí)驗(yàn)，并在此基礎(chǔ)上完成了空間尺度下嚴(yán)格滿足“愛(ài)因斯坦定域性條件”的量子力學(xué)非定域性檢驗(yàn)。

2017年6月16日，千公里級(jí)星地量子糾纏分發(fā)實(shí)驗(yàn)登上《科學(xué)》封面。

2017年8月10日，“墨子號(hào)”再次完成兩項(xiàng)重大突破，在國(guó)際上首次成功實(shí)現(xiàn)從衛(wèi)星到地面的千公里級(jí)量子密鑰分發(fā)和地面到衛(wèi)星的千公里量子隱形傳態(tài)。

“墨子號(hào)”提前并圓滿實(shí)現(xiàn)全部三大既定科學(xué)目標(biāo)，為我國(guó)繼續(xù)引領(lǐng)世界量子通信技術(shù)發(fā)展和空間尺度量子物理基本問(wèn)題檢驗(yàn)前沿研究奠定了堅(jiān)實(shí)的科學(xué)與技術(shù)基礎(chǔ)。

2017年9月29日，中國(guó)科學(xué)院與奧地利科學(xué)院兩個(gè)量子科學(xué)研究團(tuán)隊(duì)利用“墨子號(hào)”，開(kāi)展了北京-維也納距離長(zhǎng)達(dá)7600公里的洲際量子密鑰分發(fā)，打通了天地一體化量子保密通信鏈路，向?qū)崿F(xiàn)覆蓋全球的量子保密通信網(wǎng)絡(luò)邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。

“群星”璀璨閃耀星空

這顆備受世界矚目的“墨子號(hào)”衛(wèi)星自發(fā)射升空起，就獲得了諸多榮譽(yù)。

國(guó)家主席習(xí)近平在2017年新年賀詞中，特別提到“墨子號(hào)”飛向太空等科技重大進(jìn)展；2017年10月，黨的十九大報(bào)告提到“墨子號(hào)”升空；在2021年中國(guó)共產(chǎn)黨成立100周年之際，中央黨史和文獻(xiàn)研究院編寫(xiě)的《中國(guó)共產(chǎn)黨一百年大事記》，“墨子號(hào)”升空被納入其中。

“墨子號(hào)”成功發(fā)射和完成科學(xué)實(shí)驗(yàn)任務(wù)還分別入選了兩院院士評(píng)選的2016年和2017年“中國(guó)十大科技進(jìn)展新聞”。因“墨子號(hào)”升空而取得重大進(jìn)展的“廣域量子通信”項(xiàng)目研究團(tuán)隊(duì)，獲得2019年度中國(guó)科學(xué)院杰出科技成就獎(jiǎng)。

“墨子號(hào)”項(xiàng)目的實(shí)施還在國(guó)際上引發(fā)了一波“量子”潮。

2017年，美國(guó)宇航局發(fā)布關(guān)于未來(lái)空間量子物理發(fā)展的白皮書(shū)，以期在新一輪空間量子科學(xué)發(fā)展中重新實(shí)現(xiàn)“美國(guó)領(lǐng)先”。同期，歐洲航天局也發(fā)布了空間量子技術(shù)白皮書(shū)。

2021年6月，《科學(xué)》發(fā)表社論稱，中國(guó)的“墨子號(hào)”給美國(guó)政府敲響了警鐘，最終使得美國(guó)在2018年通過(guò)《國(guó)家量子行動(dòng)法案》。

到目前為止，“墨子號(hào)”還在辛勤地工作?？茖W(xué)家利用它進(jìn)行了一系列拓展實(shí)驗(yàn)，相關(guān)成果不斷刷新量子通信距離的世界紀(jì)錄，使中國(guó)牢牢占據(jù)空間量子科學(xué)研究領(lǐng)域的引領(lǐng)地位。

“墨子號(hào)”過(guò)境新疆烏魯木齊南山站全貌

面向未來(lái)，量子還可以走得更遠(yuǎn)。

潘建偉介紹，在不久的將來(lái)，天上會(huì)有中高軌量子衛(wèi)星和實(shí)用化的低軌微納衛(wèi)星組成的“量子星座”，能夠更高效覆蓋全球并鏈接移動(dòng)目標(biāo)?！傲孔有亲焙偷孛嫔系墓饫w量子網(wǎng)絡(luò)連接在一起，就可以構(gòu)建實(shí)用的全球化廣義量子保密通信網(wǎng)絡(luò)。

“第一顆低成本的量子微納衛(wèi)星已經(jīng)在2022年7月發(fā)射成功。我們還在研制一顆中高軌量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，希望在2026年底具備發(fā)射條件。”潘建偉說(shuō)。

“量子星座”誕生后，量子科技將迎來(lái)更多可能，時(shí)間單位“秒”的重新定義、量子引力乃至引力波探測(cè)等方面的研究也將隨之展開(kāi)。在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，地月量子糾纏分發(fā)不再是純粹的夢(mèng)想。

腳踏實(shí)地，仰望星空。潘建偉說(shuō)：“我們對(duì)未來(lái)充滿希望?！保ㄓ浾咄趺?中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)供圖）

責(zé)任編輯：賀治瑞