從最初的研制到發射，這顆量子衛星承載了太多的關註和期待。那麽，這位舉世聞名的“新星”有多牛呢？它的技術實現難度有多大？在酒泉衛星發射中心，量子科學實驗衛星工程副總工程師兼衛星總指揮王建宇向《中國科學報》記者解釋了量子衛星技術的諸多“極限挑戰”。
天地壹體化:從太空向地面上的存錢罐扔硬幣
在量子通信中，最大的難點是如何實現天地壹體化的量子通信。這就像在萬米高空向地面上的存錢罐扔硬幣壹樣，需要準確地將硬幣扔進存錢罐狹窄的入口。如果稍有偏差，信息的傳遞就會功虧壹簣。
“量子編碼就像計算機編碼0101壹樣，有正負、垂直和水平等不同的狀態。只有檢測到量子的偏振方向，它才能成為密碼。”王建宇說量子中有兩組狀態，壹組是正交的，另壹組是傾斜45度的。因此，有四種不同的部分正狀態。
不僅如此，地面上的存錢罐（接收裝置）和天上的投擲器（量子衛星）也不安分，它們在不停地旋轉。
“這是瞄準和檢測失準的最大困難。我們必須在雙方都在運動的情況下完成信息傳輸。”王建宇強調說，出壹點差錯是不好的。如果是這樣，地面將接收到錯誤代碼。
根據王建宇的說法，壹旦誤碼率高於3.5%，信息傳輸就毫無意義。“3.5%是底線，通常我們會將誤碼率控制在1%到2%之間。”
探測器靈敏度:在地球上看到月球的火柴光。
如果從太空向地面上的存錢罐扔硬幣是驚人的，那麽接下來的技術就更令人眼花繚亂了。
量子衛星使用單光子探測器，其目的是捕獲每壹個光子。那麽，這是什麽概念呢？
“壹個60瓦的燈泡每秒發出約10×10個光子，壹根火柴的最大光量約為3~5瓦。”王建宇說，量子衛星探測器的靈敏度相當於在月球上點燃壹根火柴，我們可以在地球上用望遠鏡看到它的光。
如果考慮火柴點燃後光線在各個方向的擴散效應，觀測難度可想而知。“探測器的靈敏度必須達到這壹水平，才能從太空中捕獲光子。否則，天上的量子衛星將沒有存在的意義。”王建宇說。
時間同步設置:1秒內排隊1億光子行。
在太空中，量子衛星每秒向地面發射約1億個光子，這需要地面接收設備接收所有光子。然而，這壹接待過程並非來者不拒，而是講究先到先得。
“我們必須知道每個光子發出的是哪個數字。信息傳輸意味著發送者和接收者必須是正確的，並且具有完整的序列。”王建宇說。
逐個連接光子的方法是時間同步。“我們目前的接收頻率可以做到壹納秒，也就是1億個光子在1秒內全部排列完畢。”
心理困境:這是壹次前所未有的探索。
不同於以往許多追趕超越的老劇本，量子通信的路徑是由中國科學家自己壹步步探索出來的。
“以前做各種衛星的時候，我們通常會有壹個參照物。雖然人們不會告訴妳技術，但至少在心理上有壹個預期，因為別人已經做到了。我們相信我們總能通過自己的研究取得成功，我們心裏有這個底。此外，中國也有很多例子。雖然起步晚，但實現了後來居上。”王建宇說。
然而，量子衛星不同。“這個東西到底行不行，剛開始做的時候，我們心裏真的沒有底。”王建宇頗有感觸地說，盡管我們已經處理了無數的衛星開發工作，但量子衛星對所有參與者來說都是壹個前所未有的挑戰。
談到量子衛星的成功發射，王建宇非常平淡。“這只是人類探索量子物理世界和空間科學的開始。”