申城先锋|平均年龄不足35岁 这支科研团队助力墨子号上天

作者: 小熊资讯 分类: 奇闻 发布时间: 2019-01-14 21:03

申城先锋|平均年龄不足35岁 这支科研团队助力墨子号上天

图片说明:量子科学试验卫星工程常务副总指挥王建宇院士

东方网记者解敏8月20日报道:2年前的8月16日,我国首颗量子科学实验卫星“墨子号”发射升空。它的成功发射和在轨运行,不仅将助力于我国广域量子通信网络的构建,服务于国家信息安全,还将开展对量子力学基本问题的空间尺度实验检验,加深人类对量子力学自身的理解。

量子卫星载荷分系统是实现此次科学实验任务的核心,中科院上海技术物理研究所量子卫星有效载荷团队承担了发射任务中量子密钥通信机和量子纠缠发射机2项有效载荷的研制。

严谨论证走通天地量子科学实验之路

信息保密在国防、金融、政务、商业等领域具有重要作用。而量子通信被公认是迄今为止唯一被严格证明能“物理上无条件安全”的通信方式。量子世界中存在一种类似“心电感应”的现象,即通常所说的量子纠缠。实验验证,具有纠缠态的两个粒子无论相距多远,只要一个发生变化,另外一个也会瞬间发生变化。墨子号量子卫星就是为了实现从卫星到地面的量子保密通信,并对量子纠缠效应等基本物理原理进行空间大尺度检验。

量子卫星,需要的是天地协同,必须保障天地之间通信链路的畅通。走通天地量子科学实验之路并非易事。空间量子实验设备的研制要求极高,这支平均年龄不到35岁的“载荷团队”在量子科学试验卫星工程常务副总指挥王建宇院士的带领下,发扬孜孜不倦、严慎细实的航天研发精神。针对技术难题,团队按照专项技术攻关来处理,从一开始进行技术可行性论证,再到设计攻关方案,根据攻关方案开展理论分析、实验验证、重复迭代等,最后对关键技术进行总结。研究团队从无到有,在吸收采纳国内外的相关先进成果的同时,也开展了一系列的自主研究,在相关关键技术上取得了国际领先的成果。

以高保偏量子信号偏振调控为例,上海技物所以其光学薄膜专业室的优势,在镀膜工艺上进行大胆突破,实现上万比一的分色片镀膜,同时采取相位延迟互补、残差补偿等多个设计手段,成功将整机偏振提高到300:1以上。

团队自主研制了轻便的高速诱骗态量子密钥分发收发整机,自主发展了高精度的跟瞄高保偏量子信号偏振调制、近衍射极限量子光发射和高衰减链路下的高信噪比及低误码率单光子探测等关键技术,为实现星地量子通信打下了坚实技术基础。

申城先锋|平均年龄不足35岁 这支科研团队助力墨子号上天

图片说明:上海技术物理研究所量子卫星有效载荷团队

三进青海湖实验不做完我们就不回去

2008年10月,青海湖的夜间温度已经降到了零度以下,飘起了雪花。王建宇带着研究生张亮等年青人,在山上搭建屏幕,再从远处打一束光过来,进行对光。开始的时候,实验的手段非常简陋,只能在不同的山头各打一个手电筒来引导激光的对准。第二次进青海湖是在2009年9月,这一次做的是40公里仿卫星运动实验。为了模仿天地通信条件,他们“异想天开”使用了热气球,这些实验从未有人做过。

惊心动魄的事情发生在2010年9月底,三进青海湖时。那时候的青海湖,由于天气寒冷,几乎看不到一个游人。由张亮带队的几名小伙子,还在山顶的简易房坚持实验。天太冷,烤火取暖,除了吃干粮,还经常自己动手做饭。中秋那天,他们租了辆车,想把设备运到山顶。司机急着回家团圆,在山路上开得很猛,结果一不小心翻车了。所幸人无大碍,但设备摔坏了。王建宇接到张亮的电话,听声音小伙子都快要哭出来了,“赶紧回来吧。”这群年轻人经过商量,决定动手修复设备,“实验不做完我们就不回去!”就是在这样的条件下,世界上首次浮空平台和近百公里的量子密钥分配实验,在青海湖畔完成。这也标志我国突破了建立天地量子通信的关键技术。

必须要做到100%成功

“对于做工程的人来说,必须要做到100%成功”这是王建宇经常挂在嘴边的一句话。“在研制过程中,原本所有试验都已经很完善了,突然有一天,我们发现研发载荷时买来的商用单光子探测器碰到了超级大的难题,它根本经受不住太空中高能粒子的轰击,几天工夫就不能工作了。我们想了很多办法,降低轨道避开辐射带、用金属钽进行隔离,但是这都只能增加几周的寿命。后来,我们用-60℃的低温来延长器件寿命。难题最终解决了。”王建宇说,“其实像这样的问题、困难还有很多,可能每天都在发生。因为这颗卫星没有先例,没有可以参照的模板,遇到新问题就只能自己探索克服。”他说,如今距离卫星发射成功已经整整两年,终于可以宣布圆满完成了实验任务。但未来还有很长的路要走,我们还需要努力。

申城先锋|平均年龄不足35岁 这支科研团队助力墨子号上天

图片说明:上海技术物理研究所量子卫星有效载荷团队

如果觉得我的文章对您有用,请随意打赏。您的支持将鼓励我继续创作!