8月16日，我國首顆量子科學實驗衛(wèi)星發(fā)射升空。衛(wèi)星順利進入預定軌道，發(fā)射任務取得圓滿成功。這顆被命名為“墨子”的衛(wèi)星，肩負著建立星地間量子科學實驗平臺，開展多項大尺度量子科學實驗的重任，并將見證我國成為世界上第一個實現(xiàn)星地間量子通信的國家。 

　　量子衛(wèi)星的載荷分系統(tǒng)是實現(xiàn)此次科學實驗任務的核心。中國科學院上海技術(shù)物理研究所（下稱技物所）作為載荷總體責任單位，與中國科學技術(shù)大學（下稱中科大）、中國科學院上海光學精密機械研究所（下稱上光所）共同完成載荷單機的研制。本項工程由中國科學院國家空間科學中心抓總負責，上海微小衛(wèi)星工程中心負責衛(wèi)星平臺研制。衛(wèi)星上天后，將陸續(xù)按計劃開展高速量子密鑰分發(fā)、廣域量子通信網(wǎng)絡、星地量子糾纏分發(fā)以及地星量子隱形傳態(tài)等多項科學實驗任務。 

發(fā)射現(xiàn)場圖

　　瞄準國際前沿 提前籌謀 

　　量子通信利用量子力學基本原理、量子系統(tǒng)特有屬性以及量子測量方法來實現(xiàn)信息傳遞，是國際上量子物理和信息科學的研究熱點。中國科學院關(guān)于量子通信的前瞻布局始于2007年。中國科學院知識創(chuàng)新工程重大項目“空間尺度量子實驗關(guān)鍵技術(shù)研究與驗證試驗”整合了院內(nèi)科學研究和系統(tǒng)研發(fā)的優(yōu)勢力量，集中開展星地量子通信關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。以中科大潘建偉院士為首的科學家團隊負責實驗的基礎(chǔ)理論研究與攻關(guān)；技物所以其在空間激光主動探測、空間運動部件研制與控制等技術(shù)優(yōu)勢，在王建宇研究員的領(lǐng)導下負責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。研究團隊成功完成了量子通信系統(tǒng)和量子存儲、星地捕獲對準跟蹤（APT）系統(tǒng)及光機系統(tǒng)、衛(wèi)星平臺的兩維姿態(tài)機動和控制等關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，并在青海湖地區(qū)實現(xiàn)了基于浮空運動平臺的量子密鑰分發(fā)以及百公里量級量子力學非定域性檢驗，為星地量子實驗總體方案制定、工程產(chǎn)品研制等打下堅實技術(shù)基礎(chǔ)。2011年，量子科學實驗衛(wèi)星工程正式立項，成為中國科學院先導計劃五顆科學實驗衛(wèi)星之一。 

地面實驗示意圖

　　優(yōu)勢互補 完成協(xié)同攻關(guān)  

　　量子衛(wèi)星上搭載的4個有效載荷，由技物所牽頭研制量子密鑰通信機和量子糾纏發(fā)射機，中科大牽頭研制量子糾纏源、量子實驗控制與處理機。近10年，走通天地量子科學實驗之路并非易事?？臻g量子實驗設備的研制要求極高，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個載荷工程研發(fā)最難最核心的技術(shù)問題都成為了攔路虎。 

　　技物所工程研發(fā)團隊與中科大科學家團隊，取長補短，優(yōu)勢互補。“科學家”們發(fā)揚孜孜不倦理論探求精神，“工程師”們充分發(fā)揚嚴慎細實的航天研發(fā)精神，穩(wěn)扎穩(wěn)打。針對這些技術(shù)難題，團隊按照專項技術(shù)攻關(guān)來處理，從一開始進行技術(shù)可行性論證，然后設計攻關(guān)方案，根據(jù)攻關(guān)方案開展理論分析、實驗驗證、重復迭代等，最后對關(guān)鍵技術(shù)進行總結(jié)。研究團隊從無到有，一方面吸收采納國內(nèi)外的相關(guān)先進成果，另一方面開展一系列的自主研究，在相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)上取得了國際領(lǐng)先的成果。以高保偏量子信號偏振調(diào)試為例，上海技物所以其鍍膜專業(yè)室的優(yōu)勢，在鍍膜工藝上進行大膽突破，實現(xiàn)上萬比一的分色片鍍膜，同時采取相位延遲互補、殘差補償、小角度入射等多個設計手段，成功將整機偏振提高到300：1以上。在日復一日的合作中，“科學家”們學會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”們在實踐中歷練提高了理論分析能力，從科學的視角和方法對待發(fā)生的技術(shù)難題。在載荷研制單位的協(xié)同創(chuàng)新下，團隊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，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等關(guān)鍵技術(shù)，為實現(xiàn)星地量子通信打下了堅實技術(shù)基礎(chǔ)。

團隊在發(fā)射基地

有效載荷科學任務專項試驗

有效載荷熱光試驗

　　立足上海 面向量子科技未來 

　　天地一體化量子通信技術(shù)將不僅是我國保密通信領(lǐng)域“殺手锏”技術(shù)研發(fā)的重大突破，更是我國空間光電技術(shù)實現(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)公開資料顯示，上海市科委自2003年以來，已累計投入近1.2億元支持量子方向相關(guān)項目。技物所2008年獲得上海市基礎(chǔ)重大科研項目支持的“空間尺度量子實驗關(guān)鍵技術(shù)”項目，圍繞空間尺度量子實驗的最終目標，從空間量子信道理論和單光子偏振探測兩個方面開展基礎(chǔ)研究。在空間尺度單光子與光學介質(zhì)相互作用和傳輸信道理論、InGaAs-APD單光子探測系統(tǒng)、單光子偏振態(tài)控制與檢測技術(shù)、超導SNSPD單光子探測器件與系統(tǒng)、硅-雪崩光電二極管單光子探測系統(tǒng)等方面取得了一系列突破與自主知識產(chǎn)權(quán)。不僅為量子科學實驗衛(wèi)星打下堅實技術(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”意見的重大戰(zhàn)略項目，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”項目已獲得上海市科委重大專項支持?？梢灶A見，技物所將在量子科學的探索道路上，發(fā)揮其系統(tǒng)集成與器件研發(fā)雙輪驅(qū)動優(yōu)勢，更好地走實創(chuàng)新之路。