在中科院微小衛星創(chuàng )新研究院，量子科學(xué)實(shí)驗衛星出廠(chǎng)裝箱前進(jìn)行外觀(guān)檢查（2016年6月30日攝）。新華社發(fā)（中科院微小衛星創(chuàng )新研究院供圖）
目前，國際上還沒(méi)有一個(gè)國家將量子科學(xué)實(shí)驗送入空間，量子衛星的研制沒(méi)有任何經(jīng)驗可循，過(guò)程充滿(mǎn)了困難和挑戰。
科學(xué)家在量子衛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(shí)，在地面建設了科學(xué)應用系統，包括１個(gè)中心——合肥量子科學(xué)實(shí)驗中心；４個(gè)站——南山、德令哈、興隆、麗江量子通信地面站；１個(gè)平臺——阿里量子隱形傳態(tài)實(shí)驗平臺。
衛星與地面站共同構成天地一體化量子科學(xué)實(shí)驗系統，在兩年的設計壽命期間將進(jìn)行四大實(shí)驗任務(wù)——星地高速量子密鑰分發(fā)實(shí)驗、廣域量子通信網(wǎng)絡(luò )實(shí)驗、星地量子糾纏分發(fā)實(shí)驗、地星量子隱形傳態(tài)實(shí)驗。
潘建偉介紹，實(shí)驗大致分為三類(lèi)：第一類(lèi)是進(jìn)行衛星和地面之間的量子密鑰分發(fā)，實(shí)現天地之間的安全通信，如果４個(gè)地面站任何兩兩之間都可以實(shí)現安全的通訊，即可實(shí)現組網(wǎng)；第二類(lèi)相當于把量子實(shí)驗室搬到太空，在空間尺度檢驗量子理論；第三類(lèi)是實(shí)現衛星和地面千公里量級的量子態(tài)隱形傳輸。
天地量子科學(xué)實(shí)驗非常復雜，對天地實(shí)驗設備的要求也異乎尋常的高。潘建偉坦言，衛星研制過(guò)程中，最困難的環(huán)節就是有效載荷，“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，這是量子衛星在空中做各種實(shí)驗的源頭。平時(shí)實(shí)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(guò)一系列的創(chuàng )新讓它實(shí)現了滿(mǎn)足空間環(huán)境要求，在國際上是首次實(shí)現。
量子衛星對精準控制的要求也前所未有的高。量子衛星系統總師朱振才介紹，量子衛星飛行中，攜帶的兩個(gè)激光器要分別瞄準兩個(gè)相距上千公里的地面站，向左向右同時(shí)傳輸量子密鑰，且衛星上的光軸和地面望遠鏡的光軸要始終精確對準，就好比衛星上的“針尖”對地面上的“麥芒”。
科研團隊進(jìn)行了各種實(shí)驗，考驗超遠距離“移動(dòng)瞄靶”能力，最終突破了星地光路對準等關(guān)鍵技術(shù)，通過(guò)平臺和載荷兩級控制的方式，對準精度可以達到普通衛星的１０倍。
“激光器一站對一站有人做過(guò)，但一顆衛星對準兩個(gè)地面站國際上還從來(lái)沒(méi)有過(guò)。如果成功的話(huà)，在國際上也是首次實(shí)現這么高精度的跟蹤和地面站配合?！敝锌圃簢铱臻g科學(xué)中心主任吳季說(shuō)。
