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记中科院上海技物所量子科学卫星有效载荷团队 “我们用了10年时间，把空间量子通信实验从十几公里做到100公里再到1200公里；从实验室做到青海湖，再到万米高空的星地之间。”在量子科学实验卫星“墨子号”发射成功两周年之际，中科院院士、量子科学实验卫星工程常务副总师、卫星总指挥王建宇回忆起这段奋斗岁月时依然感慨：“那是一个不断打破不可能的过程。” 2016年8月16日，我国发射全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”。卫星上搭载4个有效载荷，其中一半由中科院上海技术物理研究所（以下简称上海技物所）牵头研发。科研人员突破了卫星与地面站微弧度高精度跟瞄、高保偏量子信号偏振调制等一系列核心关键技术，使得我国在量子通信技术激烈的国际竞争中抢占主动权。主要科学成果——“实现星地千公里级量子纠缠和密钥分发及隐形传态”位列2017年度中国科学十大进展榜首。 那又是什么让不可能变为可能？ “路虽远，行则至。事虽难，做必成。”量子科学实验卫星纠缠发射机主任设计师贾建军说。 聚灵气——优势互补协同攻关 “墨子号”上搭载4个有效载荷——上海技物所牵头研制量子密钥通信机和量子纠缠发射机，中国科学技术大学牵头研制量子纠缠源、量子实验控制与处理机。 走通天地量子科学实验之路并非易事。空间量子实验设备的研制要求极高，卫星与地面站的微弧度高精度跟瞄、高保偏量子信号偏振调制、近衍射极限量子光发射、高精密量子纠缠光源的航天工程化等一个个载荷工程研发中最难、最核心的技术问题都成了拦路虎。 “科学家发扬孜孜不倦的探求精神，工程师要用严慎细实的航天研发精神，稳扎稳打。”量子卫星副总设计师、有效载荷总体主任设计师舒嵘说。 上海技物所工程研发团队与中科大科学家团队取长补短，优势互补。以高保偏量子信号偏振调试为例，“光子信号一旦通过光学仪器表面，传播状态就会改变。而整个量子卫星的光学链路中有数十个表面”。上海技物所光学镀膜研究室主任刘定权解释说，“膜层错1纳米，就会造成误码”。最终，研究团队利用在空间激光主动探测、空间运动部件与光学研制方面的技术优势，在镀膜工艺上进行大胆突破，实现了上万比一的分色片镀膜，同时采取相位延迟互补、残差补偿等多个设计手段，成功将整机偏振提高到300：1以上，确保了量子卫星的传输信号准确无误。 拼勇气——迎难而上，敢为人先 团队面临的另一技术难题是卫星与地面站的微弧度高精度跟瞄。 量子密钥通信机是“墨子号”上重量最大、体积最大的一个载荷。当它在太空中分发量子密钥时，必须穿越厚厚的大气层，将一个个光子从天上准确发到地面，相当于从万里高空往旋转的储蓄罐里扔硬币。 如何让量子卫星练就这一身万无一失的天地跟瞄技术？团队曾连续3年到青海湖，在各种极端条件下模拟太空环境，做外场实验。 青海湖是个理想场地，天气好的时候能看清对面100公里外的山头，可是实验却没那么“理想化”。科研人员不仅要自己搭帐篷、生火、做饭，还要长途跋涉寻找最佳试验点。 “为了充分试验验证，我们跑遍了地图里的每个地点。”量子密钥通信机主任设计师张亮回忆说，“困难层出不穷，但是办法总比问题多。” 勇气是解决困难的智慧，也是宽容失败的从容。 2010年中秋节，他们像往年一样往山上运设备，谁也没想到在汽车急转弯时，设备被甩到了路边，断成了三截。 “我们在悬崖边上哭成一团，纷纷自责没把我们的‘宝贝’给看好。”而让张亮意外的是，电话那头的王建宇在得知实验队员没受伤之后，竟安慰大家“没关系，大不了明年再来”。 “我们的队员那才是‘宝贝’。”王建宇回忆道，“有他们在，什么困难都不是问题。” 他们没有等到来年，决定哪里跌倒就从哪里爬起来。经过15天不眠不休的奋斗，队员们用超乎想象的韧劲修好了设备，完成了世界上第一次基于热气球的量子通信实验。相关成果发表在国外著名学术杂志上，被国际同行评价为“人类向星地量子保密通信迈出的重要一步”。 有朝气——赤子之心永在路上 这是一支有朝气的队伍，平均年龄34岁，许多人加入时还不到30岁。 而朝气又不完全与年龄有关。 “50后”的王建宇，“70后”的舒嵘、贾建军，“85后”的张亮，讨论起工作可谓“没大没小”。 “从院士到博士生，大家互为师生、一律平等。无论谁碰到了问题，都不遮遮掩掩，全摊在台面上，头脑风暴，谁对听谁。”舒嵘说。 在青海湖，他们脑洞大开，设计了一系列“五花八门”的试验。 “我们租了各种车，有皮卡车、拉羊的车、大吊车。”张亮回忆道，甚至有一天，当他们做完夜间实验补完觉醒来时，竟发现王建宇在清洗一辆准备做实验的垃圾车。 “我们自创了很多‘土办法’。”王建宇笑着说，“不少还挺管用的。” 可是越往无人区纵深挺进，压力越是常人难以现象。尽管地面实验成功了，可是还须经过10倍力学振动、边界温度-200℃真空实验、峰值600倍的冲击等挑战，才能保证零失误。 也曾遇到过整个项目几乎推倒重来的“至暗时刻”。团队的相互扶持却也总是乌云旁的“金边线”。 “那时候我们经常听《夜空中最亮的星》，共同憧憬着卫星发射时该有多美。”张亮坦言，当他看到卫星成功发射后的第一手数据和图片时，难忍激动的泪水，“因为它比我想象中还要美”。 当被问及一路走来最大的难题时，这支朝气蓬勃的团队陷入了深思。 “我想应该是下一个任务。”贾建军打破沉默，“最难的永远是下一次挑战。”（来源：中国科学报） 关键词： 量子
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