潘建偉介紹：“第一條是基本目標，完成即告成功。而第二條是拓展目標和探索目標?！?/p>

就這樣，早期的“瘋狂設想”一步步變成了一個個具體方案、一沓沓圖紙，以及一個個時間節(jié)點。

中國科學院上海技術(shù)物理研究所研究員、“墨子號”工程常務副總設計師兼衛(wèi)星系統(tǒng)總指揮王建宇也在這時與潘建偉團隊結(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——幾千萬平方公里變成一個大實驗室?！蓖踅ㄓ钫f，當時他們列了六七件最難的事兒。

中國科學院微小衛(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，直覺告訴他，“這是一項前所未有的、挑戰(zhàn)技術(shù)極限的尖端空間任務”。

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，準確地照射到兩臺相距千公里的地面望遠鏡上。與一般衛(wèi)星不同，量子衛(wèi)星平臺需要克服轉(zhuǎn)臺和轉(zhuǎn)鏡兩套運動模式不同的光學載荷運動干擾、姿控飛輪微振動干擾、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，只依靠載荷無法使光束準確、穩(wěn)定地照射到地面望遠鏡上。

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

做科學實驗要創(chuàng)新，要發(fā)現(xiàn)未知的東西，想法可以更加大膽。但做工程，他們要確保任務成功。

所以在衛(wèi)星具體研制階段，科學家與工程師團隊在具體細節(jié)落實上，沒少對坐在會議桌前“拍桌子”。

“后來我們達成了一個共識——采用‘首席科學家+工程總指揮+工程總師’的決策組織模式解決問題。遇到分歧，大家一起拍板。”潘建偉說，“首席科學家+兩總”的模式，在類似科研任務中一直延續(xù)了下來。

“科學團隊確保工程實施始終瞄準科學目標，配合工程團隊厘清相關(guān)科學原理。工程團隊突破關(guān)鍵技術(shù)，精心完成衛(wèi)星設計、制造和驗證，確保衛(wèi)星性能優(yōu)異、工作可靠、質(zhì)量過硬。”朱振才說。

最終，經(jīng)過5年艱苦攻關(guān)，量子科學實驗衛(wèi)星終于被成功研制出來。

夢想照進現(xiàn)實

激動人心的時刻到了。2016年8月16日，世界首顆量子科學實驗衛(wèi)星“墨子號”在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空，中國率先將量子科學實驗衛(wèi)星的設想變成了現(xiàn)實。

2016年8月16日，世界首顆量子科學實驗衛(wèi)星“墨子號”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”，其背后大有深意。歷史記載，墨子早在2000多年前就進行了光學實驗，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，還測試計算了水的折射率?！熬拖駠庥匈だ孕l(wèi)星、開普勒望遠鏡一樣，以中國古代偉大科學先賢的名字來命名全球首顆量子衛(wèi)星，可以增強我國的文化自信和科研自信?！迸私▊フf。

經(jīng)過4個月的在軌測試，2017年1月18日，“墨子號”正式交付中國科學技術(shù)大學（以下簡稱“中國科大”）開展科學實驗。

2017年6月16日，“墨子號”迎來升空后第一個重大成果，在國際上首次完成千公里級星地雙向量子糾纏分發(fā)實驗，并在此基礎上完成了空間尺度下嚴格滿足“愛因斯坦定域性條件”的量子力學非定域性檢驗。

2017年6月16日，千公里級星地量子糾纏分發(fā)實驗登上《科學》封面。

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

“墨子號”提前并圓滿實現(xiàn)全部三大既定科學目標，為我國繼續(xù)引領世界量子通信技術(shù)發(fā)展和空間尺度量子物理基本問題檢驗前沿研究奠定了堅實的科學與技術(shù)基礎。

2017年9月29日，中國科學院與奧地利科學院兩個量子科學研究團隊利用“墨子號”，開展了北京-維也納距離長達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)絡邁出了堅實的一步。

“群星”璀璨閃耀星空

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

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

“墨子號”成功發(fā)射和完成科學實驗任務還分別入選了兩院院士評選的2016年和2017年“中國十大科技進展新聞”。因“墨子號”升空而取得重大進展的“廣域量子通信”項目研究團隊，獲得2019年度中國科學院杰出科技成就獎。

“墨子號”項目的實施還在國際上引發(fā)了一波“量子”潮。

2017年，美國宇航局發(fā)布關(guān)于未來空間量子物理發(fā)展的白皮書，以期在新一輪空間量子科學發(fā)展中重新實現(xiàn)“美國領先”。同期，歐洲航天局也發(fā)布了空間量子技術(shù)白皮書。

2021年6月，《科學》發(fā)表社論稱，中國的“墨子號”給美國政府敲響了警鐘，最終使得美國在2018年通過《國家量子行動法案》。

到目前為止，“墨子號”還在辛勤地工作?？茖W家利用它進行了一系列拓展實驗，相關(guān)成果不斷刷新量子通信距離的世界紀錄，使中國牢牢占據(jù)空間量子科學研究領域的引領地位。

“墨子號”過境新疆烏魯木齊南山站全貌

面向未來，量子還可以走得更遠。

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

“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實驗衛(wèi)星，希望在2026年底具備發(fā)射條件。”潘建偉說。

“量子星座”誕生后，量子科技將迎來更多可能，時間單位“秒”的重新定義、量子引力乃至引力波探測等方面的研究也將隨之展開。在可預見的未來，地月量子糾纏分發(fā)不再是純粹的夢想。

腳踏實地，仰望星空。潘建偉說：“我們對未來充滿希望?！保ㄓ浾咄趺?中國科學技術(shù)大學供圖）

責任編輯：賀治瑞