8月16日，我國(guó)首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星發(fā)射升空。衛(wèi)星順利進(jìn)入預(yù)定軌道，發(fā)射任務(wù)取得圓滿成功。這顆被命名為“墨子”的衛(wèi)星，肩負(fù)著建立星地間量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，開(kāi)展多項(xiàng)大尺度量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)的重任，并將見(jiàn)證我國(guó)成為世界上第一個(gè)實(shí)現(xiàn)星地間量子通信的國(guó)家。 

　　量子衛(wèi)星的載荷分系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)此次科學(xué)實(shí)驗(yàn)任務(wù)的核心。中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所（下稱技物所）作為載荷總體責(zé)任單位，與中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)（下稱中科大）、中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所（下稱上光所）共同完成載荷單機(jī)的研制。本項(xiàng)工程由中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心抓總負(fù)責(zé)，上海微小衛(wèi)星工程中心負(fù)責(zé)衛(wèi)星平臺(tái)研制。衛(wèi)星上天后，將陸續(xù)按計(jì)劃開(kāi)展高速量子密鑰分發(fā)、廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)、星地量子糾纏分發(fā)以及地星量子隱形傳態(tài)等多項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)任務(wù)。 

發(fā)射現(xiàn)場(chǎng)圖

　　瞄準(zhǔn)國(guó)際前沿 提前籌謀 

　　量子通信利用量子力學(xué)基本原理、量子系統(tǒng)特有屬性以及量子測(cè)量方法來(lái)實(shí)現(xiàn)信息傳遞，是國(guó)際上量子物理和信息科學(xué)的研究熱點(diǎn)。中國(guó)科學(xué)院關(guān)于量子通信的前瞻布局始于2007年。中國(guó)科學(xué)院知識(shí)創(chuàng)新工程重大項(xiàng)目“空間尺度量子實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵技術(shù)研究與驗(yàn)證試驗(yàn)”整合了院內(nèi)科學(xué)研究和系統(tǒng)研發(fā)的優(yōu)勢(shì)力量，集中開(kāi)展星地量子通信關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。以中科大潘建偉院士為首的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)理論研究與攻關(guān)；技物所以其在空間激光主動(dòng)探測(cè)、空間運(yùn)動(dòng)部件研制與控制等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在王建宇研究員的領(lǐng)導(dǎo)下負(fù)責(zé)空間載荷的工程化攻關(guān)，參加單位還包括上海微小衛(wèi)星工程中心和上光所等。研究團(tuán)隊(duì)成功完成了量子通信系統(tǒng)和量子存儲(chǔ)、星地捕獲對(duì)準(zhǔn)跟蹤（APT）系統(tǒng)及光機(jī)系統(tǒng)、衛(wèi)星平臺(tái)的兩維姿態(tài)機(jī)動(dòng)和控制等關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，并在青海湖地區(qū)實(shí)現(xiàn)了基于浮空運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的量子密鑰分發(fā)以及百公里量級(jí)量子力學(xué)非定域性檢驗(yàn)，為星地量子實(shí)驗(yàn)總體方案制定、工程產(chǎn)品研制等打下堅(jiān)實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)。2011年，量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星工程正式立項(xiàng)，成為中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)計(jì)劃五顆科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星之一。 

地面實(shí)驗(yàn)示意圖

　　優(yōu)勢(shì)互補(bǔ) 完成協(xié)同攻關(guān)  

　　量子衛(wèi)星上搭載的4個(gè)有效載荷，由技物所牽頭研制量子密鑰通信機(jī)和量子糾纏發(fā)射機(jī)，中科大牽頭研制量子糾纏源、量子實(shí)驗(yàn)控制與處理機(jī)。近10年，走通天地量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)之路并非易事?？臻g量子實(shí)驗(yàn)設(shè)備的研制要求極高，衛(wèi)星與地面站的微弧度高精度跟瞄，高保偏量子信號(hào)偏振調(diào)制，近衍射極限量子光發(fā)射，高精密量子糾纏光源的航天工程化等一個(gè)個(gè)載荷工程研發(fā)最難最核心的技術(shù)問(wèn)題都成為了攔路虎。 

　　技物所工程研發(fā)團(tuán)隊(duì)與中科大科學(xué)家團(tuán)隊(duì)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)?！翱茖W(xué)家”們發(fā)揚(yáng)孜孜不倦理論探求精神，“工程師”們充分發(fā)揚(yáng)嚴(yán)慎細(xì)實(shí)的航天研發(fā)精神，穩(wěn)扎穩(wěn)打。針對(duì)這些技術(shù)難題，團(tuán)隊(duì)按照專項(xiàng)技術(shù)攻關(guān)來(lái)處理，從一開(kāi)始進(jìn)行技術(shù)可行性論證，然后設(shè)計(jì)攻關(guān)方案，根據(jù)攻關(guān)方案開(kāi)展理論分析、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、重復(fù)迭代等，最后對(duì)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行總結(jié)。研究團(tuán)隊(duì)從無(wú)到有，一方面吸收采納國(guó)內(nèi)外的相關(guān)先進(jìn)成果，另一方面開(kāi)展一系列的自主研究，在相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)上取得了國(guó)際領(lǐng)先的成果。以高保偏量子信號(hào)偏振調(diào)試為例，上海技物所以其鍍膜專業(yè)室的優(yōu)勢(shì)，在鍍膜工藝上進(jìn)行大膽突破，實(shí)現(xiàn)上萬(wàn)比一的分色片鍍膜，同時(shí)采取相位延遲互補(bǔ)、殘差補(bǔ)償、小角度入射等多個(gè)設(shè)計(jì)手段，成功將整機(jī)偏振提高到300：1以上。在日復(fù)一日的合作中，“科學(xué)家”們學(xué)會(huì)了工程管理的一套規(guī)章制度，做事有依據(jù)有規(guī)程，“工程師”們?cè)趯?shí)踐中歷練提高了理論分析能力，從科學(xué)的視角和方法對(duì)待發(fā)生的技術(shù)難題。在載荷研制單位的協(xié)同創(chuàng)新下，團(tuán)隊(duì)自主研制了高速誘騙態(tài)量子密鑰分發(fā)光源和輕便的收發(fā)整機(jī)，自主發(fā)展了高精度的跟瞄、高精度同步和高衰減鏈路下的高信噪比及低誤碼率單光子探測(cè)等關(guān)鍵技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)星地量子通信打下了堅(jiān)實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)。

團(tuán)隊(duì)在發(fā)射基地

有效載荷科學(xué)任務(wù)專項(xiàng)試驗(yàn)

有效載荷熱光試驗(yàn)

　　立足上海 面向量子科技未來(lái) 

　　天地一體化量子通信技術(shù)將不僅是我國(guó)保密通信領(lǐng)域“殺手锏”技術(shù)研發(fā)的重大突破，更是我國(guó)空間光電技術(shù)實(shí)現(xiàn)從跟隨創(chuàng)新到引領(lǐng)創(chuàng)新、從集成創(chuàng)新到原始創(chuàng)新的跨越。據(jù)公開(kāi)資料顯示，上海市科委自2003年以來(lái)，已累計(jì)投入近1.2億元支持量子方向相關(guān)項(xiàng)目。技物所2008年獲得上海市基礎(chǔ)重大科研項(xiàng)目支持的“空間尺度量子實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵技術(shù)”項(xiàng)目，圍繞空間尺度量子實(shí)驗(yàn)的最終目標(biāo)，從空間量子信道理論和單光子偏振探測(cè)兩個(gè)方面開(kāi)展基礎(chǔ)研究。在空間尺度單光子與光學(xué)介質(zhì)相互作用和傳輸信道理論、InGaAs-APD單光子探測(cè)系統(tǒng)、單光子偏振態(tài)控制與檢測(cè)技術(shù)、超導(dǎo)SNSPD單光子探測(cè)器件與系統(tǒng)、硅-雪崩光電二極管單光子探測(cè)系統(tǒng)等方面取得了一系列突破與自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。不僅為量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星打下堅(jiān)實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)，也為量子通信的后續(xù)發(fā)展作了較好的技術(shù)鋪墊。 

　　目前，上海已將“量子通信”列入科創(chuàng)中心“22條”意見(jiàn)的重大戰(zhàn)略項(xiàng)目，并在“十三五”科技創(chuàng)新規(guī)劃中將“量子材料與量子通信”作為重要戰(zhàn)略方向進(jìn)行部署。技物所“光電聯(lián)合調(diào)控的量子操控材料與器件研究”項(xiàng)目已獲得上海市科委重大專項(xiàng)支持。可以預(yù)見(jiàn)，技物所將在量子科學(xué)的探索道路上，發(fā)揮其系統(tǒng)集成與器件研發(fā)雙輪驅(qū)動(dòng)優(yōu)勢(shì)，更好地走實(shí)創(chuàng)新之路。