中科院上海技物所：讓光子在空間“舞蹈”

　　原標題：中科院上海技物所勇闖“無人區”，牽頭研製2個主要有效載荷 天地為幕，讓光子在空間“舞蹈”

科研人員正在為真空環境下的模擬實驗做準備。 （資料照片）

　　以天地為幕，讓光子在空間“舞蹈”——這曾經是一個夢想，如今“墨子號”量子科學實驗衛星已在空間正常運行兩年。由於衛星的出色工作，科研人員僅用1年時間提前完成科學目標，實現了星地之間千公里級量子糾纏、密鑰分發及隱形傳態，入選2017年度中國科學十大進展榜首。

　　量子衛星首席科學家潘建偉坦言，在衛星研製中，最困難的環節就是有效載荷。中科院上海技術物理研究所作為量子衛星載荷總體單位，牽頭研製了2個主要有效載荷，即量子密鑰通信機和量子糾纏發射機，這支團隊勇闖“無人區”，取得了多項國際領先的重大科研成果。

　　大膽突破，超過預設科學目標

　　“這些學生娃什麼都不懂，能把量子衛星載荷做出來？”一位航天專家當年在對量子衛星工程常務副總師王建宇的言語中流露出擔憂。那時的王建宇其實心裏也沒底，儘管有過做鐳射通信的經驗，但量子衛星的原理性論證，沒有任何東西可以借鑒。2008年，王建宇帶著上海技物所一支平均年齡不到30歲的年輕隊伍，埋頭鑽研了起來。

　　量子衛星載荷研發，遇到的困難比想像的還要多。量子衛星載荷的偏振精度要求控制在0.5%到1%，這樣才能確保信號編碼“不走樣”。“當時真的壓力很大。”上海技物所光學鍍膜研究室主任劉定權説，光子通過光學儀器表面時狀態會發生變化，這就需要不斷去測量，並對其鍍膜修正。其難點在於，要對幾十片不同功能的鏡片分別進行薄膜厚度和膜層疊加設計，進行精準控制。這一難題困擾了團隊一兩年時間，最終，他們在工藝上進行了大膽突破，單個鏡片的對比度達到1萬：1以上，載荷偏振精度達到千分之三，超過了原先設定的科學目標，這些在國外報道的文獻中從來沒有見到過。

　　路雖遠行則至。這支團隊不僅實現了光子在空間的“舞蹈”，而且舞步優美。在一次項目評審會上，那位航天專家又特地找到王建宇，“沒想到這些年輕人學得這麼快！”

　　沒有99%，必須做到萬無一失

　　“對於做航天工程的人來説，沒有99%，必須做到萬無一失。”這是採訪時聽到最多的一句話。

　　團隊裏的每個成員經常需要解答一道特別的“題目”，那就是思考可能會有什麼故障，預案是什麼。“為了杜絕可能出現的意外，我也鍛鍊出了看護孩子時防患于未然的能力。”電子學設計師強佳笑著説。

　　為了做到萬無一失，衛星産品要經過嚴格的測試，包括大於單機10倍重量的力學振動試驗、峰值為單機600倍重量的衝擊試驗、邊界溫度零下200多攝氏度的真空試驗等。上海技物所研製的量子衛星有效載荷第一代産品，在做完這些測試後“遍體鱗傷”。當時的壓力可想而知，他們花了3個月時間推倒重來。

　　2016年6月，量子衛星順利通過出廠評審，但在最後一次測試中發現一個鐳射器的能量變小了。這也許只是性能的波動，但絕不能讓衛星帶著問題上天。在幾家相關單位聯合攻關下，終於從原理上徹底解決了問題。

　　韌性和努力，關鍵技術實現突破

　　“在青海湖的兩年時間裏，我們跑遍了地圖上的每個地點。”作為量子密鑰通信機這一最大載荷的主任設計師，張亮在2008年還是一名研究生。那時，他常想“能在太空中發射鐳射”的衛星，會不會是夜空中最亮的星？

　　青海湖是個理想的實驗場地，天氣好的時候能看清對面100公里外的山頭。青海湖，也見證了這支隊伍的韌性和努力。即使在10月，這裡的夜間溫度也在零攝氏度以下，他們穿著軍大衣，頂著寒風在山頂做實驗。

　　連續15天，沒怎麼睡覺，修好斷成三截的設備，這是有關青海湖記憶裏最驚心動魄的一幕。2010年10月的青海湖，已是大雪封山。他們租了輛車，想把設備運到山頂做實驗。司機在盤山路上開得很猛，設備一下被甩了出去，當場斷成三截。光學設計師吳金才事後回憶，在設備研製過程中，看著設備從一塊塊元部件不斷地組裝起來，就像看著自己的孩子慢慢長大。大家既難過又害怕，坐在山上哭了起來。王建宇接到電話，安慰説：“大不了明年再做。”但這群年輕人下定決心，實驗不做完就不回去！第二天，研究員賈建軍趕到青海支援，經過大家15天的努力，設備被修好並重新投入到實驗中。

　　在這樣的條件下，世界上首次浮空平臺和近百公里的量子密鑰分發實驗，在青海湖畔完成。這也標誌著我國突破了建立星地量子通信的關鍵技術。

　　2016年8月16日，量子衛星成功發射。第一次看到現場傳回來的圖片時，張亮流下了眼淚，“它比我想像中還要美，確實是夜空中最亮的一顆星。”