潘建伟介绍：“第一条是基本目标，完成即告成功。而第二条是拓展目标和探索目标。”

就这样，早期的“疯狂设想”一步步变成了一个个具体方案、一沓沓图纸，以及一个个时间节点。

中国科学院上海技术物理研究所研究员、“墨子号”工程常务副总设计师兼卫星系统总指挥王建宇也在这时与潘建伟团队结下了不解之缘。做工程出身的他，最初被潘建伟的想法“吓了一跳”。

“我们的工作是把潘建伟的想法搬到天上去，把天空和大地——几千万平方公里变成一个大实验室。”王建宇说，当时他们列了六七件最难的事儿。

中国科学院微小卫星创新研究院研究员、量子卫星系统总师朱振才刚接触量子卫星工程时，直觉告诉他，“这是一项前所未有的、挑战技术极限的尖端空间任务”。

量子卫星成功的关键是确保卫星上发出两束非常狭窄的微弱光束，准确地照射到两台相距千公里的地面望远镜上。与一般卫星不同，量子卫星平台需要克服转台和转镜两套运动模式不同的光学载荷运动干扰、姿控飞轮微振动干扰、高速飞行卫星的位置速度误差、空间环境干扰等因素引起的光束方向抖动，只依靠载荷无法使光束准确、稳定地照射到地面望远镜上。

“我们采用卫星平台-载荷一体化协同分级控制技术，利用卫星平台姿控系统消除大气、温度等对量子光束范围大、变化慢的干扰，使量子光束保持粗略对准地面望远镜，再利用卫星平台结构削弱变化较快的微振动干扰。最后利用载荷的粗跟踪、精跟踪两级控制，使光束在小范围内精准地照射到地面望远镜，最终攻克了这项技术难题。”朱振才解释说。

做科学实验要创新，要发现未知的东西，想法可以更加大胆。但做工程，他们要确保任务成功。

所以在卫星具体研制阶段，科学家与工程师团队在具体细节落实上，没少对坐在会议桌前“拍桌子”。

“后来我们达成了一个共识——采用‘首席科学家+工程总指挥+工程总师’的决策组织模式解决问题。遇到分歧，大家一起拍板。”潘建伟说，“首席科学家+两总”的模式，在类似科研任务中一直延续了下来。

“科学团队确保工程实施始终瞄准科学目标，配合工程团队厘清相关科学原理。工程团队突破关键技术，精心完成卫星设计、制造和验证，确保卫星性能优异、工作可靠、质量过硬。”朱振才说。

最终，经过5年艰苦攻关，量子科学实验卫星终于被成功研制出来。

梦想照进现实

激动人心的时刻到了。2016年8月16日，世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”在酒泉卫星发射中心发射升空，中国率先将量子科学实验卫星的设想变成了现实。

2016年8月16日，世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”在酒泉卫星发射中心发射升空。

这颗卫星被命名为“墨子号”，其背后大有深意。历史记载，墨子早在2000多年前就进行了光学实验，发现光线沿直线传播，绘制了凹面反射镜光聚焦、小孔成像等光路图，还测试计算了水的折射率。“就像国外有伽利略卫星、开普勒望远镜一样，以中国古代伟大科学先贤的名字来命名全球首颗量子卫星，可以增强我国的文化自信和科研自信。”潘建伟说。

经过4个月的在轨测试，2017年1月18日，“墨子号”正式交付中国科学技术大学（以下简称“中国科大”）开展科学实验。

2017年6月16日，“墨子号”迎来升空后第一个重大成果，在国际上首次完成千公里级星地双向量子纠缠分发实验，并在此基础上完成了空间尺度下严格满足“爱因斯坦定域性条件”的量子力学非定域性检验。

2017年6月16日，千公里级星地量子纠缠分发实验登上《科学》封面。

2017年8月10日，“墨子号”再次完成两项重大突破，在国际上首次成功实现从卫星到地面的千公里级量子密钥分发和地面到卫星的千公里量子隐形传态。

“墨子号”提前并圆满实现全部三大既定科学目标，为我国继续引领世界量子通信技术发展和空间尺度量子物理基本问题检验前沿研究奠定了坚实的科学与技术基础。

2017年9月29日，中国科学院与奥地利科学院两个量子科学研究团队利用“墨子号”，开展了北京-维也纳距离长达7600公里的洲际量子密钥分发，打通了天地一体化量子保密通信链路，向实现覆盖全球的量子保密通信网络迈出了坚实的一步。

“群星”璀璨闪耀星空

这颗备受世界瞩目的“墨子号”卫星自发射升空起，就获得了诸多荣誉。

国家主席习近平在2017年新年贺词中，特别提到“墨子号”飞向太空等科技重大进展；2017年10月，党的十九大报告提到“墨子号”升空；在2021年中国共产党成立100周年之际，中央党史和文献研究院编写的《中国共产党一百年大事记》，“墨子号”升空被纳入其中。

“墨子号”成功发射和完成科学实验任务还分别入选了两院院士评选的2016年和2017年“中国十大科技进展新闻”。因“墨子号”升空而取得重大进展的“广域量子通信”项目研究团队，获得2019年度中国科学院杰出科技成就奖。

“墨子号”项目的实施还在国际上引发了一波“量子”潮。

2017年，美国宇航局发布关于未来空间量子物理发展的白皮书，以期在新一轮空间量子科学发展中重新实现“美国领先”。同期，欧洲航天局也发布了空间量子技术白皮书。

2021年6月，《科学》发表社论称，中国的“墨子号”给美国政府敲响了警钟，最终使得美国在2018年通过《国家量子行动法案》。

到目前为止，“墨子号”还在辛勤地工作。科学家利用它进行了一系列拓展实验，相关成果不断刷新量子通信距离的世界纪录，使中国牢牢占据空间量子科学研究领域的引领地位。

“墨子号”过境新疆乌鲁木齐南山站全貌

面向未来，量子还可以走得更远。

潘建伟介绍，在不久的将来，天上会有中高轨量子卫星和实用化的低轨微纳卫星组成的“量子星座”，能够更高效覆盖全球并链接移动目标。“量子星座”和地面上的光纤量子网络连接在一起，就可以构建实用的全球化广义量子保密通信网络。

“第一颗低成本的量子微纳卫星已经在2022年7月发射成功。我们还在研制一颗中高轨量子科学实验卫星，希望在2026年底具备发射条件。”潘建伟说。

“量子星座”诞生后，量子科技将迎来更多可能，时间单位“秒”的重新定义、量子引力乃至引力波探测等方面的研究也将随之展开。在可预见的未来，地月量子纠缠分发不再是纯粹的梦想。

脚踏实地，仰望星空。潘建伟说：“我们对未来充满希望。”（记者王敏 中国科学技术大学供图）

责任编辑：贺治瑞