面对质疑,最好的回应就是实验结果。2005年,潘建伟、彭承志等人就在合肥大蜀山实现了13公里的量子纠缠分发。这个传输距离超过了大气层的等效厚度,证实了远距离自由空间量子通信的可行性。
2011年,潘建伟团队又在青海湖实现了首个超过100公里的量子纠缠分发实验。任继刚回忆道,研究团队翻遍中国地图,发现在中国最大湖泊的中心恰有一个小岛。青海湖北岸到青海湖南岸,恰好是一百余公里的长度,湖面上也没有任何遮挡。
在青海湖,潘建伟团队完成了全方位的卫星技术论证,包括气浮平台、模拟星地相对运动、百公里级量子密钥分发实验等。至此,卫星的基本问题已经解决,还需攻克一些工程化稳定性。
2011年底,他们迎来了一个关键的节点——中科院空间科学先导专项将“量子科学实验卫星”正式立项。
主要负责卫星载荷电子学的廖胜凯,描述了他们打过的其中一个“小怪兽”:“如果说光子损耗率是30dB的话,就是一千倍的损耗,天上发出1万个光子,地面上只能收到10个。但是,我们需要搞清楚地面这十个光子是天上发射的哪十个光子。这就要解决所谓时间上的同步问题。我们的发射频率是一百兆,也就是光子之间的时间间隔是10纳秒(1纳秒=1/1000000000秒)。这10纳秒内,真正发射光子的时间又不到1纳秒。也就是说,我们可以做到天地间纳秒级的时间同步,从而确定地面收到的光子与天上发射光子的对应关系,同时去除噪声。”
“在论证的时候,其实别人都说这个东西不可能。从某种意义上来说,我们就是把很多不可能的东西,一步一步变成了可能的东西。”廖胜凯总结道。
“如临深渊,如履薄冰”
一位航天界的前辈曾告诉廖胜凯,“航天是越做越保守,如临深渊,如履薄冰。”
一开始做卫星的原理样机时,廖胜凯还没有完全体会到这句话的含义。但越到后来,他越感同身受。
卫星远在天外500公里,无法维修,能否圆满完成科学目标,都取决于地面上的设计与验证。为此,团队不得不在兼顾可靠性和稳定性的情况下,把指标“推向极致”。
回想起青海湖上出现的种种问题,廖胜凯也觉得十分不易:“那时候非常担心设备到了天上要怎么办,有没有解决方法,会不会做不成。心里也一直不是很踏实。但一旦开始做了这个项目,虽然过程艰辛,但面对梦想,我们这个年轻的团队又都舍不得放弃。“