地卫“通信员”的千里追踪

2016年8月16日，由我国自主研制的世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”顺利发射升空，开启为期两年的“太空旅程”。在此期间，地面的科学家如何与它取得联系，并开展实验呢？在这里，地卫“通信员”不可或缺。由谁来担当这个重要角色呢？那就是分别位于青海德令哈、新疆南山、北京兴隆和云南丽江的4个地面望远镜系统。量子卫星与这4个地面望远镜系统的互动，将成为整个通信科学实验的重头戏。这一实验将进一步验证量子引力等基本理论的科学性，弄清被爱因斯坦称为“幽灵般的超距作用”在空间大范围是否存在，并为我国建立天地一体化的量子通信网络探路。

但是地面望远镜系统要在短时间内完成对高速飞行的量子卫星的快速捕获，并完成对量子密钥的接收，难度非常大。量子卫星距离地面约500千米，以每秒7.9千米的速度划过天空，经过每个地面望远镜系统的时间约为5分钟。而这样的过境也不是每天都会有，每个月量子卫星经过各个地面望远镜系统的次数不超过20次，这就意味着每月实验的次数不超过20次。要在这短短的几分钟内，让量子卫星与距离500千米远的望远镜“握手”，需要达到的精度就好比把一个表盘的一周按 360°分，然后取1/360，再把这1/360细分成 3600 份。成都的中科院光电技术研究所的技术人员们经过多年研制和调试，终于搭建起星地之间稳定的对接通道。

有了这样精准的对接，我国将可以对量子理论和其预示的各种奇异现象进行实际检验。例如，量子卫星制造出一对纠缠光子，将其分别发送到两个地面望远镜系统，根据物理原理，只要测量其中一个光子，另一个的状态就已知了，从而验证爱因斯坦所说的那种“幽灵般的超距作用”。量子卫星与地面望远镜系统合作能否解开更多的未解之谜，提供更安全高效的通信网络，我们将拭目以待。