演講實錄丨王建宇院士：量子科技的創新趨勢與產業化前景
2021年4月15日上午，深圳創新發展研究院、博研商學院、深圳企聯共同主辦的“科技創新院士報告廳”正式啟動。作為科技創新院士報告廳的首秀，邀請到中國科學院院士、中國科學院上海分院原院長王建宇，作為全球首顆量子科學實驗衛星“墨子號”常務副總設計師、衛星總指揮，王建宇院士圍繞“量子黑科技：創新趨勢與產業化前景”做了主題演講。以下內容根據王建宇院士演講記錄整理，未經講者本人審閱。
非常高興來到科技創新院士報告廳和大家進行這么一場交流。我來分享一下大家比較關心的話題：“墨子號”到底是做什么的，量子技術發展會給我們帶來什么。
一、神秘的量子世界和光子的特性
首先給大家講一講量子到底是什么。這個概念對于學物理的老師來說可能不太困難，但對于大眾來說確實有點考腦子。二十世紀物理學有兩大非常重要的發現：一個是大家比較熟悉的愛因斯坦相對論，另一個是科學家普朗克1900年提出的量子論。這兩個發現都很偉大，其中和我們生活更加密切相關的是量子論。因為沒有量子力學、沒有量子論的發現就沒有我們現在的集成電路、半導體工業，大家手上的手機也通通沒有了。當然，大家相對熟悉的愛因斯坦也是量子領域的奠基人之一，他的第一個諾貝爾獎就和量子有關，他發現了光電效應。
量子力學這么早就奠定了基礎，為什么今天又重新提出來？因為在量子力學的基礎上又發展出了量子信息學，具體包括三個應用方向：第一是量子通信；第二是量子計算，我認為這比量子通信更神奇，甚至覺得這個有可能成為今后顛覆世界的一項技術，就是用量子的方法替代傳統的計算。第三是量子精密測量，測量作為最基礎的方法，原來很多是用機械的方法，現在很多是用電子的方法，而今后要用量子的方法來測量。
這三大內容，原來由于對量子世界的認知有局限性，不能很清楚地認知。經過了一百年左右的努力后，現在不僅能夠清楚地認知了，而且可以去控制它、使用它。
下面要介紹一些量子力學的基本概念，要馬上理解它或者弄懂它可能比較困難。在量子力學中，科學家一開始提出了波粒二象性。中學生物理學第一課是牛頓力學，講的是粒子間有距離、有加速度等，這個速度、位置就相當于一個粒子的特性。這個特性與宏觀世界里繩子一甩一個波出去了，或者扔一個石頭水里面有波了，好像毫無關系。但是科學家后來發現，在量子力學里，兩種特質在一個微觀粒子上會同時出現，既有粒子性又有波動性，兩者融為一體會有很多奇奇怪怪的事情出現了。這是量子力學中的一個重要概念。
第二個概念是所謂的量子比特。在計算機的世界里，0就是0，1就是1，這兩個是完全對立的東西。而在量子力學里不是這回事，0和1是可以同時存在，是疊加的。比如說到量子貓，外國人說貓到底是活的還是死的是不確定的。這就是經典比特和量子比特的區別，用嚴謹的話來說，量子比特是一種概念性的存在。
外國人有時候挺幽默的，民眾問科學家量子貓到底怎么回事？他說我做一個實驗給你看，我把一個貓關在一個籠子里，籠子里做一個裝置，放一個放射性的物質。對于放射性物質的半衰期是確定的，但是什么時候放出一個粒子出來你是不知道的，是隨機的?；\子里那個裝置的作用在于，如果在一定的時間里有粒子衰減，裝置可以探測到釋放出的毒氣，有毒氣出來貓就會被毒死。
安裝了這么一個裝置的籠子把門一關，就問你了，這里面的貓是死的還是活的？我們肯定回答不出來，因為某種概率放出來貓是死的，不然就是活的。此時關著門的這個狀態就非常形象地說明了量子現象，要知道它的結果必須把門打開。但一旦把門打開就把原來這個狀態破壞掉了，就是我們說的從量子態到經典態。
這個例子確實表現的是比較外國的思維，用中國人的思維舉例也是可以的。比如轉硬幣，轉動結束時朝上一面是國徽還是字？那么一定有一半的人回答正確，一半的人回答錯誤。但是如果轉動100次，幾次是字幾次是國徽呢？這兩種情況比較形象地描繪了量子態，這個狀態在不測量的時候你是不知道的，而一旦測量就從所謂的量子態退回到經典態，所以量子態不容易測量，一測就變。
這會引起另外一個結果，就是量子狀態是不可測的，或者說量子是不可克隆的。我們在用微信發消息時，很多的信息都是拷貝的。但在量子世界里是不能拷貝的，一旦拷貝必定有一部分是錯誤的。以前深圳電視臺放過一個“拷貝不走樣”的節目，一排人依次傳話，傳到最后都面目全非了，有點像這個狀態。
很多人會問，量子世界你們說得那么神奇我們為什么看不到？物理學家說因為這存在于微觀世界，所以在宏觀世界你是看不到的。有人追問，那什么是微觀世界？什么是宏觀世界？他們的分界線在什么地方？我今天可以告訴大家，沒有一個物理學家能夠把這個問題回答得好。但是微觀世界這些奇奇怪怪的現象實際上我們都已經在應用了，我們的集成電路很多用了這個原理來進行計算，所以量子世界確實是存在的。
二、中科院先導項目——量子科學實驗衛星“墨子號”
接下來要講的是“墨子號”。在此我要糾正一下，很多人叫做量子通信衛星，泛泛來說是對的，嚴格來說是不對的。因為我們發射的是一顆量子科學實驗衛星。兩者間有什么區別呢？如果是一個量子通信衛星，應該是一個實用化的衛星，要承擔量子通信的任務。而“墨子號”要進行的是科學實驗，有幾大任務，主要是驗證物理學上的一些原理。
這得到了中國科學院空間科學先導專項的支持，我們當時發射了四顆衛星，“墨子號”是其中一顆。主要將當年量子物理學家潘建偉院士的一些想法，通過這個衛星在天地一體的范圍里面實現。比較形象地說，就是建立一個幾千公里范疇的大實驗室，潘院士通過這個實驗室完成他的科學實驗。
“墨子號”的任務包括三方面。第一，要進行星-地量子密鑰的分發實驗。有很多人認為現代科技發展很快，以前是電的通信，后來又出現光的通信，光的通信集成電路已經發展得很好了，現在互聯網又這么發達，量子通信是不是比光通信還要先進，將來要把光通信替代掉？這個想法是不對的，量子通信是現代通信手段的一種補充，在通信當中只產生密鑰作為保密的保障。
和我同齡的人應該都知道文化大革命的樣板戲《紅燈記》，當時我們沒戲看，就看《紅燈記》那樣的八大樣板戲，故事里面被搶來搶去的就是密電碼，游擊隊在傳送的過程中日本鬼子要截取它。這就表示密碼是通信保密的手段，對方一定會截取，而最容易截取的環節一定發生在傳輸過程中。
現代的密碼也是這樣，用再好的計算機產生出來的密碼，一定要比對方強。這種對傳送過程的要求，無論是對于現代傳輸手段，還是經典的人傳都是一樣的?，F在我們國家很多戰區的密碼傳輸方式要更換了，有時候還是一個人拎著一個密碼箱，將硬盤送過去的。
物理學家利用了量子的方法，創造了一種在傳遞過程當中不可破譯的密碼。我們說世界上沒有絕對的事情，有一定道理。因為如果在使用密碼的地方碰到間諜，他把這個密碼竊取了，這就不是物理技術能夠保障的范圍了。但是在傳輸的過程中確實是不可破譯的，因為一旦有人竊聽，馬上就會知道。怎么能夠做到這樣，我用比較通俗的方法給大家做一個簡單的介紹。這里要說明一下，因為我是做工程的，介紹這些內容時可能不太嚴密，如果請潘建偉院士講就不會這么講，因為物理學家的每一句話都是要很嚴謹的。
前面我介紹了量子的兩個重要特征，一個是波粒二象性，另一個是不確定性。這里再補充一個非常重要的特征，即世界萬物分到最后，必定一個最小的單元是不能分割的，就是“量子不可分”。這好像和毛主席說的“世界萬物可分”的哲學原理有點不一樣，我當時也感到挺疑惑，到底哪個是對的呢？仔細想想哪個都沒錯，比如水，分到最后，問最好的化學家能不能分出半個水分子，他確實怎么都沒有辦法了。但是從物質的范圍內，可以分出一個氧原子和兩個氫原子。因此從唯物主義辯證角度來看，上述兩種說法都是對的。
在這些原理的基礎上，我們來看傳輸過程中不可破譯的密碼。舉一個例子，我現在生產一批密碼，這批密碼用光來做。光分到最后，是一顆顆光子，因為有波粒二象性，既有運動的特性，還有波動的特性。波有不同的形態，用學術名詞來說叫作點陣，運用這個可以把信息調制在光子的振動方向上。一堆光子過去以后，如果密碼接收方有能力把光子的振動測出來，他就可以得到和我一樣的信息。比如我發1萬個光子過去，發的過程當中對方不可能將這1萬個光子全部接受，可能接收了1千個。這時只要告訴我，1萬個里面哪幾個收到了，我就知道，這些可以拿出來做密碼。
這個時候有人說，我可以來截取，你發了1萬個，密碼接收方收了1千個，我可以拿到2千、3千個。那么此時他拿到這2、3千個有沒有用？按照量子的第一個原理，截取的單光子不可分割。對于密碼接收方拿到的1千個光子，再有本事的人也不可能再拿到，拿到的也已經不是這個東西，是另外的東西，所以截取是沒用的。
現代通訊手段里，很多密碼都是可拷貝的。一個信息在傳輸過程中，既讓你收到，中間又被偷出去讓他收到，才會泄密的。而一個光子只有一個方向，如果你拿到了，別人就拿不到了。這就是所謂被竊取的光子不產生密鑰，量子的不可分割性原理從中發揮了作用。
對此，物理學家提出要找漏洞。提出假如有人有辦法把所有發出的光子都收走，再拷貝一份給我，那么所有的密碼我就都有了。這個方法行不行？對于第一個漏洞，竊聽方法“復制”以后再分發，這里要運用量子力學的第二個原理，單光子不可克隆。
具體來說，光子被測量一次再拷貝出來制造一批的話，一定有25%的概率是錯的。所以如果收到1千個光子，拿出100個來對一下，全都對得上的話，說明傳輸過程肯定沒問題。如果發現有一個錯的，那有可能是信道當中的誤差產生的錯誤。如果有10個、20個是錯的，就要考慮是不是傳輸過程中就有人在竊聽了，竊聽以后拷貝再分發給我的。量子的第二個原理決定了被復制的光子不產生密鑰，只要發現被竊聽復制的密碼就不能用了，一定要用沒有錯的。
只要滿足上述兩個條件，就說明我們產生出來的密碼別人一定是沒有竊聽過的?；蛘哒f一旦有人竊聽，我們一定是知道的。所以說絕對安全的密碼分發是可以實現的。
物理學家又進一步研究了很多，什么東西有漏洞、什么東西有缺陷，有可能還會被別人攻擊，不斷用新的方法解密。但是“墨子號”現在要做的第一個任務就是，把密鑰分發送到天上去。
有人會問通信現在很多都是用光纖的，你們為什么要那么麻煩弄到衛星上去，又花錢又不可靠？因為在地面所有的網絡里面，光子在光纖里面走是有損耗的，超過100公里以后它損耗往往是不能承擔的，有很多科學的制約?？茖W家后來發現，只有通過衛星直接分發，衰減會非常小，可以把密鑰發送到全世界各地。
我簡要解釋一下背后的道理。比如衛星飛過地面站G1，可以產生密鑰K1，飛到地面站G2，可以產生密鑰K2。如果我們希望地面站1和2有同樣一把鑰匙，應該怎么做呢？假定把這兩把鑰匙從數學上做一個異或，相同的是1，不相同的是0。把這個異或的結果從衛星發到地面上，別人拿去是沒有用的，他們解不出這把鑰匙。地面站2有一個K2的鑰匙，做了一個反異或，一定可以得到K1。這樣就可以實現全球密鑰的分發，也就是“墨子號”的第一個任務，天地能不能行。
“墨子號”的第二個任務是所謂的糾纏分發。前面說過一個量子不去測量就不知道它的狀態，但是量子力學在推導的過程當中又發生了非常怪異的現象：某種特殊的狀態下，一對粒子中一個被測量以后，另外一個立馬退出狀態。這好像和前面講的量子力學的不可測量、不可克隆的理論不太一樣，這是量子力學理論中的兩光子極化糾纏態，背后的原理就很復雜了。
對于這個問題，愛因斯坦覺得不可思議，他說這是遙遠地點之間詭異的互動，不可能。愛因斯坦認為，對于一個粒子的測量不可能對另外一個粒子產生影響，這一定是量子力學不完備，在某一個起點上出現了一些問題，他們這一派稱之為相對論的定域性。另外一派是哥本哈根學派，他們認為量子力學的理論是完備的，所謂的一個粒子測量會瞬間改變另外一個粒子的狀態，這種現象一定是存在的。兩大派的科學家爭了很多年，愛因斯坦當時還專門寫了一篇論文“量子力學是完備的嗎？”，登載的雜志PhysicalReview，現在還在，很有名。
物理學上解決這一爭論的辦法是做實驗。1964年，有一個科學家推導出一個公式，叫Bell不等式。他說用經典的方法算，結果永遠≤2，但是用量子力學的方法算，最大可以到2。那么能不能做一個實驗，如果實驗結果永遠≤2，就說明上述現象不存在，如果實驗結果做到2-2之間了，則很大概率說明這種現象存在。因為技術的原因，這個實驗一直到1972年才有人在實驗室里做。
反對派對在實驗室里進行實驗表示反對，原因是在實驗室里這么近的距離測量，測量的誤差可以讓信息以光的速度從一個傳到另外一個去了，影響測量結果。后來有了一個類空間隔，這兩個粒子測量的時間差不會超過光從這一點傳到那一點的時間。這樣一來，很多科學家提出，到底驗證多長的距離里面這種現象是存在的？在地面當時最遠的距離，是潘建偉院士和我們一起做的，在青海做了100公里的實驗。而借助衛星可以做到1000公里，所以“墨子號”的第二個任務就是通過衛星來看看1000公里量子糾纏這種現象還存不存在。
“墨子號”的第三個任務是地-星量子隱形傳態實驗。前面講過量子不可克隆，就是說這個信息是孤立的，不可能傳出去，一傳出去就會錯。物理學家認為這不可能，微觀世界或者量子世界一定有它自己信息傳遞的方式。對于這個疑問，一直到上世紀90年代，奧地利的一位科學家，也是潘建偉院士的導師團隊，他們提出了一種所謂隱形傳態的概念，他們認為如果這種糾纏是存在的，就可以借助這種糾纏把信息傳出去。
我盡量用比較通俗的語言把這個原理解釋一下。比如我有一個東西X要傳到衛星上去，我先在這里生產一個A和B的糾纏堆，X想辦法和A做一個物理學上的聯合波爾測量。前面講過量子一旦被測量，測量結果是在的。但現在A和B是糾纏的，所以和A的測量視同和B的測量。所以在測量發生時，量子態被瞬時的、非局域的、不可逆的傳送到糾纏粒子B上，而自身量子態隨機塌縮到四個Bell態之一，也就是說X和A都沒有了。這個時候將粒子X的測量結果通過經典信道傳遞廣播，接收端根據測量結果對粒子B進行相應幺正變換從而得到量子X的狀態，就是說把B變回到X去。他們說用這種方法可以把量子世界里面的內容傳出去，這和拷貝有重大的區別，因為用這種方法傳出去以后原來的這個東西就沒了。這也是物理學家上世紀非常偉大的發現，這個成果在Nature發表以后，位列和愛因斯坦相對論、居里夫人發現X射線等同樣重要的20幾個百年經典的理論之一。
我們在地面已經做成這樣的實驗，那么能不能通過衛星把地面的量子信息發到衛星上去，現在是1千公里距離的實驗，以后可能還要做到1萬公里。這就是“墨子號”第三個任務，地-星量子的隱形傳態。
具體來說，就是組成一個天地大系統，我們在常規衛星上面增加了一個應用系統，做出來以后讓科學家去用。在中國做這個實驗很有利，因為得到了國家的支持、中國科學院的支持。所以做這個實驗雖然有很大的風險，我們也要做，但是要盡可能節約國家的錢，因此我們采用的是600多公斤的小衛星做的。這在技術難度上比較大，但是我們克服了困難，在較低的成本下做了這個實驗。
我們設了五個地面系統，其中大部分的地面系統放在西部。因為做這個事情最怕的是大氣干擾，所以盡量找干擾小一點的，西部的大氣比較好。
實驗過程中最困難的是從地面發信息到上面去，就是隱形傳態。打個比喻來說，就像一個毛玻璃，把毛玻璃放在字前面可能看出來，但是把毛玻璃放在眼睛前面就什么都看不出來了。我們的一個地面系統在西藏的阿里，海拔將近5千公里，這種自然條件一般人是受不住的，當時我們一個老師帶著一隊研究生在上面工作了很長時間。
“墨子號”是在2016年8月16日發射的，2017年1月18日正式交付?，F在這顆衛星還在繼續工作，雖然衛星的壽命是2年，但是做了3年的延壽，讓科學家可以做很多的實驗。
三、“墨子號”運行情況、實驗結果和國際國內反響
那么衛星發射上去以后運行情況怎么樣？國際國內有什么樣的反響？先給大家說一個插曲，我們這顆衛星的學名是“量子科學實驗衛星”，通俗的名字是“墨子號”。這背后有一個故事，當時我們中國科學院做了四顆科學實驗衛星，其中第一顆很神奇，是探索尋找暗物質。因為在這個宇宙上，我們能看到的只有大約5%，還有95%是以暗物質、暗能量的形式存在的，這是宇宙大爆炸理論探索出來的?，F在有另外一個非常熱的分支，就是引力波測量。如果引力波像電子波一樣應用了，我們就能夠找到暗物質和暗能量，這第一顆衛星就是探索有沒有暗物質。這顆衛星是比我們早一點發射的，當時全國進行征名，最后起了一個名字叫“悟空號”，這個名字對它很貼切，“悟”在漢語里有參悟、理解的意思，“空”是空間，探索暗物質就是參悟、理解空間，而且“悟空”這個名字家喻戶曉。
到我們這顆衛星就有一點小尷尬了，我們該取什么名字？要不要也征一個名，期間有人開玩笑說，不用征名了，那顆老大（悟空）這顆老二（八戒），這當然不可能了。后來潘建偉院士說，我們不要爭了，我提議叫“墨子號”，墨子是中國四大圣人，他更偏于技術，墨家在古代都是能工巧匠。而且我們在《墨經》里面找到一段話“景，光之人，煦若射。下者之人也高，高者之人也下?！边@描述的就是小孔成像的原理，全世界第一次有文字記錄這一原理的就是《墨經》。所以墨子不僅僅是一個哲學家，還是一個科學家，也是我們做光學的祖宗，為了紀念他我們起名為“墨子號”。
“墨子號”的所有實驗我們不到6個月就做完了，第一篇論文是2017年6月發表在Science上面的，封面文章《1200公里的糾纏分發》。2018年的時候，潘建偉院士打電話給說我們得了一個大獎，就是Science的最佳論文獎。他看我沒有什么反應，說Science一年只評1篇最佳論文，而且這個評審不是我們自己申報的，是全世界科學家評審的，叫克利夫蘭獎。從歷史上看，評上克利夫蘭獎的作者有很大比例最后都得了諾貝爾獎。這樣一說這個獎的含金量就比較高了?？梢哉f“墨子號”第二個實驗糾纏分發得到了國際上非常好的承認和榮譽。
還有兩個實驗，密鑰分發和量子隱形傳態，相關的兩篇文章我們是在2017年8月份發表在Nature雜志上的。Science、Nature是美國、英國，兩大巨頭科學類雜志。原來Science不太愿意發表潘建偉院士的研究，所以當時基本上都發表在Nature上。但是這一次Science一反常態，非常積極，一個月就給了我們論文的通知，而Nature審了很長的時間。后來我們知道，因為Science審我們糾纏分發實驗的人本身也在做這個，他們發現你們做這個以后，正好利用這么好的機會從頭到尾好好問，那時候必須把各種問題回答他，所以他們后來就發表了。Nature方面我們也有一個突破性的成果，一個團隊一次登兩篇文章，以前也是沒有的。
“墨子號”三大實驗任務我們到這個時候就非常完美地完成了，這里我給大家簡單分享一些結果。這張圖片是我們在北京興隆站做的實驗，綠色的就是我們的衛星，紅色的是地面，這個是信道光，這是看熱鬧的，門道不在這里，門道在光里面，真正通信用的光子是看不到的。
這是新疆南山站建立的臺站，這個拍得好像是白天一樣，我們相機曝光的時間很長，所以滿天的星斗都看得很清楚。能夠看到衛星從這個方向出來移過去，移了很長時間。
這是我們在第三個站麗江站做的實驗，下面是一個鎮。這里會發現一個現象，前兩張照片可以看到，盡管時間很短，但紅的非常明顯，而第三張紅光不太能夠看得出來，什么原因造成的？其實是大氣的差別?？吹郊t光不是好事，因為大氣污染比較嚴重的情況下，光打上去以后很多被大氣反射回來，才會看到這個東西。如果大氣很干凈的話，打上去的光是看不見的，這背后是物理學上的“后向反射”原理。三張照片的差別間接印證了麗江的大氣非常好。
這張照片拍攝于烏魯木齊南山，多張照片合成了衛星過境的全貌。
完成了三大實驗后，2017年9月份還專門通過“墨子號”量子科學實驗衛星進行了洲際的量子密鑰分發。當時中國科學院的白春禮院長和奧地利科學院院長安東·塞林格進行了世界首次洲際量子保密通信視頻通話，在世界上第一次實現了洲際的量子保密通信。
做這個實驗，如果光自己做，外部的人不會太信，會質疑中國的水平怎么一下子這么高了，所以我們開展了很多的國際合作。只要他們地面站能建好，我們的衛星就給他們通信，這也證明了我們是開放的。但這也是有前后順序的，等三個實驗都完成了、論文都發表了的時候，我們才開放，再面向國際合作，因為科學只有第一沒有第二。
“墨子號”量子科學實驗衛星完成實驗后，在國際上影響是比較大的，因為量子技術在歐盟、美國都是被列為國家科學發展、戰略發展的前沿。特別是美國還專門召開了聽證會討論如何保證美國在量子技術國際競爭中的領導地位，他們的結論是美國絕對無法承受在量子技術革命中失敗的代價。據說聽證會上有一個研究量子非常有名的科學家，這個時候直接指責國會，說幾年前就提醒過你們要在這方面投錢，因為中國已經開始做了，但當時你們認為中國肯定做不成，結果到了現在，中國的技術已經超越了我們。他后面有一句話非常有意思，他說，不要緊的，我們美國也曾經被蘇聯超越了，但是我們美國人只要認真了，我們一定是世界第一，我們會搶回來的，只要你投錢。
四、從“墨子號”的成功看中國高技術如何從跟蹤到引領
下面我要分享的是為什么中國能夠完成這么一個高技術的實驗，我從四個方面來講“墨子號”成功的基礎：
第一，中國航天技術和空間激光技術已經有長足的進步，航天器發射的數量居國際第二。就是說中國在做衛星、做激光這兩個領域已經有很好的基礎了。
我們回顧一下1957年的第一顆人造衛星，這對美國來說是一個恥辱，因為被蘇聯搶在他們前面了。并不是說美國不努力在做，而是航天的風險確實很大，美國第一顆衛星發射的時候沒有成功，所以當時蘇聯人搶先發射了。美國在不久后的1958年1月份就發射成功了，我們中國那時候差距比較大，到1970年4月才成功發射第一顆衛星。
現在我們的技術上已經和國際上最先進的技術基本上并駕齊驅了，比如我們載人航天天地往返能力、在軌控制能力、人類的空間生存能力，探月工程超遠距離的測控能力、球外形體衛星的控制能力，還有高分辨率對地觀測能力、衛星的長壽命能力等。
中國到現在為止在航天上是世界老二，老大還是美國，我們可以說是航天大國，但絕對不是航天強國，因為其中原創的東西，最新的概念還是美國強。而對于“墨子號”我們中國比較自豪，因為從原理到最終都是我們自己做的。
我今天非常高興到深圳來，因為深圳的創新思想是全國最領先的。在座的g朋友中，關注航天的人可能知道，現在最熱的就是馬斯克的星鏈計劃，他號稱要發幾萬顆衛星到天上去，而且最早提出要做火箭回收。大家最早笑話他，現在人家成功了，有人又說這個也不難，別人也可以做，但是誰先提出來、先做到還是完全不一樣的。再比如激光器是美國1960年制成的，雖然中國在1961年8月份也做出來了，但是第一和第二有本質的區別。
第二，多年的開放，為科學家的原創提供了條件，為“墨子號”注入了靈魂。“墨子號”如果沒有像潘建偉院士這樣的科學家從國外回來，沒有他的思想是難以成功的。
當時我們在青海湖和地面做了大量的實驗，驗證是可以上去的，同時當時也產生了很多科學產出。我們中國人本事挺大的，給一點錢可以用土辦法來驗證。最難的是當時在地面本來是在實驗室做的實驗，但現在要到衛星上去做。衛星是運動的，而且飛行速度這么快怎么辦？當時我們想在天上找一個動的東西，最早想到飛機，后來想不太可能。后來我們說能不能用熱氣球做，這是很土的辦法，但是成功了，我們做了一個全國最大的熱氣球在上面完成了實驗。我們最早還利用吊車做了各種各樣的實驗。所以說有時候技術的創新不一定要花很多的錢，要想辦法。
第三，多學科融合交叉、強強融合，是量子衛星在空間光電技術上的主要進步。因為很多的科學實驗不是一個人能夠做成的，雖然說科學家最主要的是智商，智商低的人肯定做不了科學家，但是大工程做到后面情商比智商更重要。一個人很有智商，不能和別人合作，事情就做不成。
我開玩笑說“墨子號”可能是五分技術、五分管理。這里面有很多的難題，比如這不是一家能夠完成的，要發射，要衛星平臺，要做糾纏源，要天地對接。舉例來說，衛星發射出去后，因為是低空繞著地球轉的，離地面大概是1千公里，飛行的速度是每秒7公里多，不到8公里。這個時候最難的是能不能找到它，我們最怕的是衛星上去以后找不到了，那就什么都沒有了。
這種事情不是沒有發生過，確實發生過，發生過兩件事情。第一件事情，美國在2000年發射全世界第一顆激光衛星，但是發射之后就找不到了。我們國家曾經也發生過在海洋上發射的衛星一開始找不到，后來通過天文臺站突然看到一個信號興奮得不得了，成功找到了。所以說找不到是最讓人擔心的，人不怕一萬就怕萬一，所以我們花的力氣很大，要抓得住，跟得牢，打得準。
關于抓得住，還有一個故事。潘建偉院士當時跟我們一起做的時候，他建議不要全部自己做，有些部分可以引進。我們知道從美國引進肯定不可能了，就找到了歐洲幾家公司，他們說了三句話給我印象非常深。第一句話，你們找我們肯定是對的，我們是這項技術全世界做得最強的，別的地方達不到你們要的這個質量。第二句話，你們有多少錢？賣最高技術給你們肯定很貴。如果他們就說這兩句，我和潘院士就答應了，只需要回來找錢，因為國家給我們的預算是有限的。但他們又說了第三句，這個技術不可能賣給中國。聽了第三句我們就死心了，決定回來自己做。我們做完以后，這項技術指標在全世界是最好的?？梢哉f不被逼到死胡同上是做不出這個東西的。
其實觀測衛星的原理非常簡單。我們天文觀測的水平是非常高的，用1米多的望遠鏡，可以說你想看什么都可以看到。衛星在天上飛，我們測控的精度是百米。所以時間的進度很重要，我們在一個地方等著，衛星一定會從頭頂上飛過。
所以只要我們在下面打一束光，讓這個光在天上有1公里范圍的大小，確保衛星一定會飛過這1公里范圍。衛星一飛過，我們就探測到了，天上馬上反打一個光過來，兩邊就連住了。連住了以后，我們再啟動一套非常高精度的跟蹤系統，我們的精度指標是0.7個角秒，最后可以做到0.02個角秒，這是技術最高之一。所以技術上要敢去做，敢去做才能夠做到。另外，我們這個光要發射得很窄，因為光越小越好，我們這個光束也是全世界做得最窄的。
我們還有一個技術叫做天地鏈路偏振態保持，這么高精度的東西受不得振動，所以在衛星上怎么樣把它控制??？我們發現衛星上的環境盡管比我們下面汽車要好多了，但不讓它振是不可能的，唯一的辦法是根據它的振動把它進行矯正。我們現在跟蹤的技術非常高，全部做到了。
我們擁有的下一個技術叫做單光子接收的技術。天上的密鑰是一個個光子，就是一個黃綠顏色的燈或者是一個個波長。1瓦的燈泡每秒鐘發出來的光子是10的18次方，這個能量非常小，我們怎么把它測試出來？講得通俗一點，就是假如說我坐在一個萬米高空的飛機上，向下面扔硬幣，這個硬幣要扔到下面一個儲蓄盒里面，儲蓄盒的投幣口是細長的，而且我們做這個實驗不是扔一個，要同時扔兩個方向都準了，才能開始做這個。舉這個例子后大家也能感受到這個難度。
探測一個光子的靈敏度要達到什么程度呢？我們地面站現在大概是1米的望遠鏡，這個望遠鏡可以看到的靈敏度相當于，如果月球上有人有空氣，上面有人劃一個火柴都能夠發現。
第四，中國的科研組織和管理模式，為“墨子號”的成功發射提供了強有力的保障。我們國家的體制促成了我們的成功，整個實驗不是由一家單位就能做成的，做這個很強的最主要的單位都參與了，是一個國家系統工程，是一種高科技的比拼。當然對我們來做還是一種對科學的追求，因為這個東西失敗的概率很大，做的時候很痛苦，也要有對未知探索的精神才能做成。
對中國式的科技創新，我總結了幾點：
第一，我們覺得原創的科學思想是靈魂。沒有原創的思想、沒有原始的創新就沒有這樣的成果。
第二，還是要感謝管理層的快速決策。一般如果管理層為了讓自己沒有責任，不匯報就能讓這個事情做不成了。而對于科學領域，要想讓什么事情做不成，就不斷地論證，科學家不斷提出質疑，來說明這個事情有風險。但當時我們中國科學院就決定了要做，有問題后面再說。
第三，兵團式的多團隊聯合。也就是我剛剛說的不是一個人做的，是一個團隊，這跟做企業也是一樣的。為什么很多科學家有很多的發明，但是做不大，因為他老盯著自己的事情。專業的人做專業的事情，科學家做科學家的事情，工程師做工程的事情。
第四，科學團隊和工程團隊的交叉融合，1+1>2。這里有一個故事來說明這個結論。載人航天器里搭載了很多科學家的成果，過兩天就要發射了。這時有科學家提出說，領導，我昨天晚上想到了半夜，想出來比現在還要好的辦法，能不能幫我們改一改？工程師說，對不起，現在不能動了，如果動一個東西可能把全局搞壞了。這個故事說的就是科學家和工程師怎么融合，把這個事情做成非常重要。
除了上面總結的四點之外，從長遠發展來說還有四方面需要注意：
第一，長期支持，有所為有所不為。這個事情我們做成了，其中有我們的能力，也不排除運氣比較好，這和量子一樣，也是有概率的。運氣不好都變成0了，現在都是1。所以希望有長期的支持，希望國家在后面還要支持我們做更高精的東西。
第二，要有寬容失敗的文化。這一點是最難的。我們爭取做這些事情的過程中，全國有那么多的科學家、那么多的idea，最后國家就選了你。然后你做了三、五年以后，說對不起我什么都沒有成功，再給我一次機會。理論上是可以的，實際上卻是不可能的。但我們整體還是要有一種寬容失敗的文化，來確保創新的能力。
第三，多元化評價體系。不同的人有不同的評價體系，實現人才互補。
第四，在破壞性創新中發展高技術，才能從跟蹤到引領。
下面介紹的內容是我們在量子通信如何往應用上推進。比如做一些低軌的密鑰的分發，然后在國家的支持下做一些高軌的高精尖的研發。最近我發現一個很有意思的事，我發現商業的航天非常熱門，很多的資本都往這個方向去。我本來覺得航天是一件風險非常大，收益不可期待的一件事情。但是現在企業家的眼光比我們更遠，覺得都可以投資，好多都已經投到這個上面去了。
