王建宇:我和潘建伟十年磨一剑克服量子与航天难关

2017-04-17 09:11

科技潮人

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优点

·通信频带宽、信息容量大

·光学增益大、激光束散角小

·抗干扰、保密性强

·体积小、质量轻、功耗低

缺点

·易受大气传输影响

·需要高精度、复杂的捕获跟踪与瞄准系统

·链路组网和广播通信困难，适合点对点通信

2001年的时候，我们在海洋2号上面，我们国家搭载了一个演示的装置，达到了500M的频率，我们这两颗量子星和载人航天里面都搭了类型的东西，在921里面我们现在是1．6个G，在量子星里面是5．12个G，当然现在还在实验当中，虽然没有正式公布成功，但是我是充满信心肯定会成功。

量子星－量子密钥通信机（搭载1550nm相干通信）

这个就是介绍的激光和空间的合作，前面我的感觉激光和空间上非常有用，有很多地方能用；第二我们中国人也不赖，每次都能紧紧跟上，但是大家可以发现有一件非常郁闷的事情，所有的东西都是我们紧紧跟上，哪怕有时候你超越人家一点，过两天又被人家赶上了。

下面我要说说我们量子卫星，应该说这件事情我们是领跑者。这里我觉得很重要的一点，中国某种意义上，技术上是可以努力达到的，关键是思想，如果不提出思想，再好的技术没用。

所以我下面来说我们这个量子卫星，刚刚潘院士讲了原理，我们彭总也讲了很多了，所以我们上去就是要做三件事，密钥分发、纠缠分发和隐形传态。这个刚刚也讲过了，我就不再说了，地面上一共有五个地面站。

激光与量子卫星

我这里要说的是什么呢？为什么我说量子、激光和航天技术，其实这三者是紧密相连的，我们这颗卫星和其它卫星相比最大的区别在哪里呢？

量子卫星依赖激光

比如说刚刚发射的碳卫星，它的原理是相对简单的，卫星用光学设备被动探测地面二氧化碳分布的情况，把信息收上去以后通过数传的通道把图像全部发下来，科学家进行分析就可以了。

量子星就复杂的多，除了传统技术以外，我们还有光的联络。第一个刚刚彭总说的，量子星是很亮的，从天上打下一个光。这就相当于两个人拿手电筒互相照，天上有信标光下来，地面让天上要看到地面站，地面有信标光上去，然后我在这里面，一个个光子是靠时间同步把它挑出来，有上下的时间同步光，

我还要做量子通信，我用天上发下来的量子光，还有地面打上去的，做隐形传态，地面要把一个个光子送上去，后来领导又要说，把激光通信载在里面，激光通信又要从上面把激光打下来，下面要把激光送上去，所以我们前前后后七八条光的联络，这个是其他卫星没有的，同时你看所有这些光的联络都由什么东西构成的呢？全部是用激光。

任务艰巨

大家可能问，你说量子卫星很难，难在什么地方？

简单地讲几件事情，第一个，卫星（从地面站上方经过）要抓得住（卫星打下来的光）。我不仅要找得到，而且要跟得牢，而且光（从卫星）打下来要打得准，怎么做呢？

卫星从地面发射后，因为卫星是绕着地球转的，它出来以后到5度的时候，地面站就要寻找卫星。量子卫星做纠缠分发，第一个要求就是卫星一出地平线，大于1000公里的时候找到两个地面站，卫星在天上飞行的速度是每秒7点几公里，将近8公里，在这么快的速度地面站也要跟住卫星。

抓得住

我简单介绍一下这个过程，卫星出地平线后，我借用（天文台的）望远镜守株待兔。国家为什么要建这么多天文台？天文台看东西的技术还是很好的，想看什么地方它给你指什么地方，卫星轨道运行以后是有预报的，这个预报精度也很高，它可以告诉你某一刻在什么地方，大概精度是几百米。

天文台的望远镜在卫星出来后就从地面就照一束光上去，这个就是地面的信标光，红颜色的，照到卫星上，卫星一看到这个光，知道了，下面在打招呼了，它就赶紧向下发一个绿颜色的光，这两个一对眼，他们都看到了，然后卫星跑一点，光就跟一点，死死跟住卫星，就这么一条轨迹，最后我们就可以做通信了，这个就是抓的过程。

跟得牢

第二个，只抓住光还不够，量子光是一个个光子，和激光不是一个光族的，是不同地方发出来的，所以我要把它对绕。

举个例子，这个相当于是星上发下来的量子光的分布，红色是地面站，如果我不放在中间的话它的信号就小很多，所以我要跟绕卫星，而且把量子光打得准，我们通过自主设计的一套系统复合轴跟踪，怎么操作呢？

先把大的找到，我们有一个粗跟踪相机，再把它细分，先把这个光引到大的里面，再从大的里面引到更精细的，最后达到秒量级的精度，才有我们整个一路跟过去的结果。