隨著世界首顆量子通訊衛星“墨子號”順利升空。未來兩年，它將與5臺地面站望遠鏡共同完成量子科學實驗，構建天地一體化量子保密通信與科學實驗體系。“地面望遠鏡是構建廣域量子通信系統的重要組成部分，也是量子激光通信系統的核心組成部分。”地面望遠鏡系統技術總指揮黃永梅8月17日在接受《中國科學報》記者采訪時表示，地面站的主要功能是發射信標光準確覆蓋量子衛星，快速捕獲并高精度跟蹤星上信標，通過接收和發射信號光，建立并穩定維持通信鏈路。

此次參與量子科學實驗的地面站望遠鏡中，有4臺是中國科學院光電技術研究所（以下簡稱光電所）研制的，分布在我國新疆南山、青海德令哈、云南麗江和河北興隆，承擔著不同的科研任務。

南山與興隆地面站望遠鏡負責完成密鑰分發，南山與德令哈地面站望遠鏡負責完成量子雙向糾纏，麗江地面站望遠鏡作為備份站點與德令哈共同完成量子雙向糾纏，而南山和興隆地面站望遠鏡還將與“墨子號”完成星地相干激光通信。

據地面望遠鏡系統軟件分系統負責人賀東介紹，“墨子號”衛星升空后不會馬上投入工作，將有幾天的軌道調整期。其間，地面站的主要工作是保證良好的技術狀態，等待“墨子號”狀態具備之后才能夠對量子衛星進行相應的量子科學實驗任務。

“普通衛星只要順利升空就意味著至少成功了一半，但對于量子衛星來說，發射升空僅僅只是開始，衛星在太空中與地面幾個光學試驗站的互動才是此次量子衛星實驗的重頭戲。”黃永梅指出，建立星地對準是演好這個重頭戲的前提條件。“墨子號”為非同步衛星，發射到500公里的軌道后以每秒7.9公里的速度劃過天際，經過每個光學地面站的時間約5分鐘，每月經過地面站的次數不會超過20次，必須以“針尖對麥芒”的精度，實現星地間精準無縫對接。

望遠鏡要在短的時間內完成對量子衛星的快速捕獲，捕獲之后要實現持續、穩定的跟蹤，在衛星過境的幾百秒的時間內，把整個量子密鑰完成接收。因此，量子科學實驗對地面站設備精度要求非常高。

地面站會根據事先得到的過境軌跡，高精度指向衛星，發射一束直徑不到5毫米的信標光，覆蓋2000公里外的“墨子號”，完成對衛星的捕獲。再通過發射上行信標激光照射衛星，高精度跟蹤衛星光軸，實現對衛星的光軸對準。同時保持高精度的星地光軸動態對準，接收下行信號光數據進行量子通信和實驗。

在實驗中，衛星上發下來的光子會經過望遠鏡主鏡傳送到副鏡。鏡面接收到的光子被傳送到量子態光學分析終端，進行量子態分析，之后通過光纖傳輸至信號處理系統，進行科學數據處理。

目前，光電所研制的地面望遠鏡對準精度已達到1角秒，跟蹤精度達0.2角秒。賀東對1角秒作了一個形象描述，就是將手表表盤刻度分為360度，再將其中1度分為3600份。據了解，望遠鏡突破了高動態范圍高精度望遠鏡機架跟蹤、寬光譜入射光高效率傳輸、量子糾纏和密鑰光的高保偏接收等多項關鍵技術，成為國際上首臺集量子通信、大視場天文觀測、相干激光通信功能為一體的大口徑望遠鏡系統。

黃永梅表示，根據“墨子號”的技術狀態，可能會在1周后開展星地對接測試實驗，實驗完成后將開展星地量子密鑰分發實驗、星地量子糾纏實驗、星地相干激光通信實驗等。未來，望遠鏡具有的寬光譜、高光學效率、高光學精度等性能，使其也可作為天文望遠鏡完成大視場巡天任務。

 

 

地面5臺望遠鏡靜候與“墨子”親密互動

圖文簡介

隨著世界首顆量子通訊衛星“墨子號”順利升空。未來兩年，它將與5臺地面站望遠鏡共同完成量子科學實驗，構建天地一體化量子保密通信與科學實驗體系。