在中科院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院，量子科學實驗衛(wèi)星出廠裝箱前進行外觀檢查（2016年6月30日攝）。新華社發(fā)（中科院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院供圖）

目前，國際上還沒有一個國家將量子科學實驗送入空間，量子衛(wèi)星的研制沒有任何經(jīng)驗可循，過程充滿了困難和挑戰(zhàn)。

科學家在量子衛(wèi)星上搭載了自主研發(fā)的“四種武器”：量子密鑰通信機、量子糾纏發(fā)射機、量子糾纏源和量子試驗控制與處理機。

同時，在地面建設(shè)了科學應(yīng)用系統(tǒng)，包括１個中心——合肥量子科學實驗中心；４個站——南山、德令哈、興隆、麗江量子通信地面站；１個平臺——阿里量子隱形傳態(tài)實驗平臺。

衛(wèi)星與地面站共同構(gòu)成天地一體化量子科學實驗系統(tǒng)，在兩年的設(shè)計壽命期間將進行四大實驗任務(wù)——星地高速量子密鑰分發(fā)實驗、廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)實驗、星地量子糾纏分發(fā)實驗、地星量子隱形傳態(tài)實驗。

潘建偉介紹，實驗大致分為三類：第一類是進行衛(wèi)星和地面之間的量子密鑰分發(fā)，實現(xiàn)天地之間的安全通信，如果４個地面站任何兩兩之間都可以實現(xiàn)安全的通訊，即可實現(xiàn)組網(wǎng)；第二類相當于把量子實驗室搬到太空，在空間尺度檢驗量子理論；第三類是實現(xiàn)衛(wèi)星和地面千公里量級的量子態(tài)隱形傳輸。

天地量子科學實驗非常復(fù)雜，對天地實驗設(shè)備的要求也異乎尋常的高。潘建偉坦言，衛(wèi)星研制過程中，最困難的環(huán)節(jié)就是有效載荷，“攻克了許多技術(shù)難題才拿下”。

比如量子糾纏源，它只有機頂盒的大小，作用卻非常關(guān)鍵，它能夠產(chǎn)生糾纏光，這是量子衛(wèi)星在空中做各種實驗的源頭。平時實驗室里糾纏源的體積非常巨大，研究人員不僅把它做到了小型化，還通過一系列的創(chuàng)新讓它實現(xiàn)了滿足空間環(huán)境要求，在國際上是首次實現(xiàn)。

量子衛(wèi)星對精準控制的要求也前所未有的高。量子衛(wèi)星系統(tǒng)總師朱振才介紹，量子衛(wèi)星飛行中，攜帶的兩個激光器要分別瞄準兩個相距上千公里的地面站，向左向右同時傳輸量子密鑰，且衛(wèi)星上的光軸和地面望遠鏡的光軸要始終精確對準，就好比衛(wèi)星上的“針尖”對地面上的“麥芒”。

科研團隊進行了各種實驗，考驗超遠距離“移動瞄靶”能力，最終突破了星地光路對準等關(guān)鍵技術(shù)，通過平臺和載荷兩級控制的方式，對準精度可以達到普通衛(wèi)星的１０倍。

“激光器一站對一站有人做過，但一顆衛(wèi)星對準兩個地面站國際上還從來沒有過。如果成功的話，在國際上也是首次實現(xiàn)這么高精度的跟蹤和地面站配合。”中科院國家空間科學中心主任吳季說。