“无外乎是冷一点”

在“墨子号”三大科学实验任务中，廖胜凯被分到量子密钥分发实验。而任继刚自2005年加入潘建伟团队以来，就一直参与量子隐形传态实验。

2008年，潘建伟团队在北京八达岭完成了16公里的自由空间量子隐形传态。他们曾想效仿狼烟传信，在北京八达岭长城的烽火台上做实验，最终因为文物保护问题未能如愿，只能转战宾馆的楼顶

在工程方面，任继刚面对的主要挑战，在于量子隐形传态，是“墨子号”三大实验中，唯一一个从地面向卫星发送光子的实验。

“那两个实验（量子纠缠分发和量子密钥分发）是从天上往地下发，地面上是大口径的望远镜接收。这种大口径的望远镜，我们国家的技术已经比较成熟。”

从卫星上下行的光束，先经过长距离的真空，再穿过最后十几公里的近地面大气层，光斑直径大约有十几米。此时产生一些扰动，对接收效果影响并不大。而从地面“上传”，光束会首先经过大气层的干扰。

为此，团队挑选了阿里这个实验地点：海拔高，光束可以少“走”一些路，年均降水少，空气干燥，人类活动的干扰也少。但也因如此，团队不得不面临另一个挑战：较为恶劣的自然条件。

负责地面站望远镜工程的任继刚，验收了5个地面站中的4个：2014年的河北兴隆站，2015年的新疆南山站和青海德令哈站，2016年的阿里站。

任继刚回忆道，他最早曾在2013年上阿里考察。直到2016年10月，地面站才通了公路。在此之前，那里只有一条用挖掘机和推土机“简单粗暴”推出来的一条土路：“只有四驱的越野车能够上去，还是像坐过山车一样。”

因此，地面站上面无法进行大型的土木工程，只能搭建工地上常见的彩钢棚。运输设备也是一个大问题。任继刚说道：“我们最后想了一个什么办法把设备运上去呢？就是把它挂在挖掘机的斗上，让它托着，然后两个人在旁边扶着不让晃，一点一点挪上去的。”最后大约1到2公里的路，他们“挪”了2个多小时。

冬天时，阿里日照时间短，地面站里的太阳能电池板供电不足。为了首先保证设备的运行，团队只能停掉操作间的空调。“墨子号”会在每天的凌晨经过阿里上方的夜空，那时，地面站的温度大约在零下20到30度。

谈起那些穿着军大衣、坐在电脑桌前的夜晚，任继刚倒是觉得并没有特别辛苦：“无外乎是冷一点，然后动起来会喘。在团队里，我算年纪比较大的了，在阿里那个团队都是85后，还有一个87年的女博士后。本身这就是自己感兴趣的事，又能看到胜利的曙光，所以干劲儿比较足。”

甚至，在回到中科大上海研究院的办公室，面对一些繁琐的日常工作，任继刚还会偶尔怀念起在海拔5100米之上，专注做一件事的单纯时光：“在阿里的时候每天很充实。每天凌晨3点左右，它（“墨子号”）都会在自己头顶经过，实验做完然后差不多开一小时的车下山，稍微吃点东西。睡到下午两三点起来，正好天上的数据下来，起床一边吃饭一边把数据下下来，然后吃完就处理数据，大家开一个小会，讨论一下数据如何，今天做什么，就又该吃晚饭了。”

下一代量子通信卫星：微纳卫星

圆满完成了“墨子号”的三大科学试验任务，任继刚一方面松了一口气，一方面也兴奋起来：现在，他们可以利用这个珍贵的星地平台，测试更多有趣的、激动人心的点子。利用好“墨子号”的剩余寿命，获得尽可能多的第一手数据。

“其实搞科研，十个想法里能有一个有一定的可行性，那就赚到了。你可以说这充满了不确定性，也可以说这充满了挑战性。”任继刚说道。

在这次量子隐形传态实验中，量子纠缠和贝尔态测量都是在阿里的地面站中进行的。下一步，团队将在星地量子纠缠分发的基础，再进行贝尔态测量，实现地面站之间的量子隐形传态。

这里存在时间差，就涉及到一个存储量子态的问题。任继刚介绍道，他们正在纠缠源和干涉仪方面进行设计。同时，团队希望和冷原子领域、量子存储领域的研究进行合作，实现突破。

此外，“单兵作战”的“墨子号”位于近地轨道上，运行速度较快，而且受阳光、阴雨天气条件的限制，至少需要三天才能完成全球站点覆盖。为了搭建全球量子通信网络，潘建伟团队必须发射更多低轨或高轨的量子通信卫星，组建星座，尽可能实现在地球上的任意地点，只要天气条件合适，即可实践量子通信。

不久前，潘建伟团队在《自然·光子学》期刊（Nature Photonics）上发表了在青海湖白天远距离（53公里）自由空间量子密钥分发的成果。下一代量子通信卫星将不再怕光，能够白天上岗。

为了降低成本，团队会转向小型化的卫星——几十千克的微纳卫星。廖胜凯介绍道，下一批的量子通信卫星可能会批量生产。

通过十几年，潘建伟团队在地面光纤和卫星量子通信领域都建立了国际领先的地位。廖胜凯提到，奥地利、德国、意大利都有团队，希望建立地面站，与“墨子号”进行合作实验。

“奥地利虽然也早已有类似的方案，但欧洲的决策支持力度不如国内。所以我们能比较快地走上这条成功的路。其实他们还是挺羡慕我们有机会去做这件事。”廖胜凯说道。