庆祝中国共产党成立100周年特别策划·大国重器系列报道
代表作一：
上海同步辐射光源：十二年光辉熠熠，大装置衍射小世界
侯树文 本报记者 王 春
编者按 在党的坚强领导下，我国科技事业栉风沐雨、砥砺前行，取得了举世瞩目的成就。“嫦娥”“北斗”等“国之重器”纷纷亮相；量子信息、移动通信等前沿领域实现重大突破；杂交水稻、高速铁路等高新技术惠及社会民生改善……诸多领域涌现出标志性原创成果，科技与经济社会深度融合，支撑引领高质量发展。在中国共产党迎来百年华诞之际，本报推出“奋斗百年路 启航新征程·大国重器”系列专版，回顾一代代科技工作者艰苦奋进、勇攀高峰的创新故事，展现科技领域取得的标志性成就和宝贵经验。从新的历史起点再出发，我国科技事业定能乘势而上，书写更加恢弘的科技自立自强新篇章。
坐落于上海张江科学城，外形酷似鹦鹉螺的上海同步辐射光源（以下简称上海光源），历时11年预研优化、5年技术攻关建造，如今已稳定高效运行了12年。
从亿年前的琥珀古鸟羽毛结构，到埃博拉病毒入侵机制、新冠病毒蛋白质结构，再到外尔费米子世界重大物理实验发现，上海光源为科学家探索微观世界照亮前行之路。12年来，上海光源不仅支撑产出了大批学科前沿研究成果，而且在国家战略需求与重大应用方面发挥着越来越重要的作用。
作为我国第三代同步辐射光源，上海光源的建设以及稳定运行凝聚了几代科学家对我国粒子加速器建设跻身世界先进行列的梦想，体现了我国基础科研领域面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康的重要历史使命。
艰难起步，我国粒子加速器从跟随到赶超
上世纪80年代，北京正负电子对撞机、合肥同步辐射装置、兰州重离子加速器工程的建设奠定了我国建造大型粒子加速器的基础。1993年，世界上第一台第三代同步辐射光源开始用户实验。
方守贤、丁大钊和冼鼎昌三位院士敏锐地意识到光源大科学装置在未来国家基础科研中即将发挥的重要作用，于1993年11月向国家提出“在我国建设第三代同步辐射光源”的建议。1995年3月，中国科学院和上海市决定共同向国家建议，由国家和地方联合出资在上海建设我国第三代同步辐射光源。
作为国之重器，大科学装置耗资不菲，而且难以在短时间内看到实际经济效益。在上海光源项目预研阶段，国家层面的决策也十分慎重。2001年，团队成员完成了预制研究，上海光源项目却没有成功立项。
此时，国际上第三代同步辐射装置处于快速发展阶段。“我们充分利用这段时间，将世界上加速器、光束线等领域新发展的先进技术和设计思想及时融入优化设计方案。到了真正建设的时候，上海光源的设计性能得到了新的提升，保证了建成时步入世界先进行列并达到一流水平。”中国科学院上海高等研究院党委书记、副院长，中国工程院院士赵振堂表示。20多年来，他参与了上海光源的预研、建设、开放运行和二期工程建设。
“老一辈科学家及中科院、上海政府领导非常坚定，因为国家的创新发展需要这样的关键大科学装置，他们鼓励我们要对未来充满信心。”赵振堂回忆，他的博士后工作合作导师方守贤院士也多次鼓励他坚定信心。
2004年11月，国务院常务会议终于批准了上海光源工程建议书，该工程于同年12月正式动工。
填补空白，大科学装置前沿技术集成攻关
2001年完成预研，2004年破土动工，2009年开放运行……上海光源工程的不同阶段，赵振堂的团队面临着不同的难题：最先直面的是在投入和经验积累都不足的条件下，如何建成一座世界一流水平的同步辐射光源。其次是有了光源后，作为公共性平台设施，能不能保证国际先进水平的运行性能。
在工程预制研究阶段，根据国际第三代同步辐射装置的技术特点，工程指挥部主持研制了41项单元技术，其中22项为国内首次研制，有26项设备的技术指标达到国际先进水平。随后，科研人员又开展了物理方案优化和100MeV直线加速器研制等设计和预研工作。
据介绍，上海光源由一台150MeV的直线加速器、全能量增强器和一台3.5GeV电子储存环组成，其中储存环周长约432米，直径超过160米。这样一个大型粒子加速器是集高科技、多专业、多门类的综合性复杂系统，需要把世界先进技术设备有机结合，这势必会带来集成创新难度。
“最困难的地方，是要尽可能把先进的设计思想和技术融入设施建设方案中，还要对先进技术方案和性价比方面进行综合选择取舍，掌握装置所需加工周期、材料和制造费用，使其在可控的时间、经费内完成。”赵振堂说。
第三代同步辐射光源的特点是光束高亮度，而且光的位置和发射角要高稳定，光斑的抖动要控制在零点几个微米的水平上，这必须综合考虑设施的地基、支撑、冷却水流速、隧道温度和冷却水温度稳定性、环境振源以及周边交通等各种因素带来的振动影响。
为保证装置性能处于世界领先水平，上海光源团队进行了长期技术攻关探索。例如，不断进行低发射度的储存环优化设计，分析研判各种设备性能要达到的技术指标，同时还要进行关键核心元器件的技术研发。波荡器是第三代同步辐射光源及自由电子激光的关键设备，束流要通过波荡器内部交替排列的磁块才能发出高亮度的光。上海光源建设期间不仅自主研制成功了椭圆极化波荡器，而且还攻克了真空波荡器难关，这些工作均填补了国内空白。
团队不断开展高强度技术攻关，在我国首次研制出一台台满足第三代同步辐射光源要求的波荡器、双椭圆极化波荡器、特种电子轨迹椭圆极化波荡器、多种自由电子激光波荡器等，使得我国加速器光源的波荡器技术处于国际先进水平。
引领未来，凝聚和培养青年科技力量
2009年5月6日，刚刚竣工的上海光源迎来了第一批用户，首批用户包括中科院长春应用化学研究所、上海交通大学、中科院高能物理研究所等单位的近20位用户。
“用户的问题始终是伴随上海光源建设运行的最大问题。”令赵振堂难以忘怀的是上海光源运行开放后面临的三大挑战：上海光源能否长期稳定可靠运行，运行性能处于什么水平？是否有足够的用户，用户分布是否合理？可否产出足够多的成果，成果水平和影响力如何？
让赵振堂和他的团队深受鼓舞的是，上海光源开放运行一年后，光源用户第一篇《科学》文章就发表了。开放运行12年后，上海光源用户在《科学》《自然》《细胞》三大国际顶级刊物上发表的论文达到130篇。
如今，上海光源已经成为科学家聚焦基础前沿领域、解决重大科学问题的重要支撑，更成为上海建设具有全球影响力科创中心的一张靓丽名片。上海光源的定位也从自身建设运行、性能提升，转变为科学家解决科学问题的科学研究高地。
上海光源的稳定高效运行与科研产出，让人们看到了大科学装置对科技成果的促进作用。随着国家对基础科学原创成果的重视，张江科学城迎来了建造大科学装置集群的高潮。在上海光源的周围，上海软X射线自由电子激光装置、上海硬X射线自由电子激光装置等大科学装置集群形成了具有重要国际影响力的光子科学中心。
可喜的是，一批活跃在世界前沿科学领域的青年科学家正在向这里集聚，上海光源正在成为凝聚和培养科学家人才的摇篮。
目前，上海光源线站工程正在加紧进行，预计到2025年，上海光源将有35条光束线约50个实验站投入运行。与此同时，世界范围内同步辐射光源大科学装置建设依然势头不减，第四代同步辐射光源已经开启。面对新的机遇挑战，赵振堂表示：“下一个十年将是上海光源黄金运行开放时段，上海光源将持续产出重大成果，培养同步辐射骨干人才，研究新原理研发新技术，发展新一代同步辐射光源。”
代表作二：
锦屏地下实验室： 在2400米岩层下等待暗物质“造访”
◎本报记者 张盖伦
就是这里了。
中国四川，凉山彝族自治州，西昌市，锦屏水电厂，锦屏山交通隧道中部。
垂直岩石覆盖厚度达2400米的中国锦屏地下实验室内，科研人员在努力聆听暗物质粒子的絮语。
科研人员早已发现，如果仅存在人们已知的物质，宇宙根本不应该是现在这副模样，一定有别的东西在起作用。
从理论上来说，暗物质并不罕见。据估算，暗物质大约占据宇宙物质质量的85%。但是，它看不见、摸不着，几乎不和任何物体发生作用，是存在于模型中的理论推演。
“谁能率先找到暗物质，谁就能在科学上走在前头。”清华大学工程物理系教授、国家重大科技基础设施副总指挥兼总工程师李元景说。
是工程奇迹，也是暗物质探测的绝佳选址
中国锦屏地下实验室的源起，其实带点戏剧性。
电视上，这只是一条滚动而过的字幕新闻：2008年8月8日，两条各17.5公里的锦屏山交通隧道实现双洞贯通。
那时，清华大学工程物理系团队，正在全国寻找深地实验室的合适地址。
我们一直生活在宇宙射线的“背景音”中。不同粒子，发出不同声音，奏出宏大交响乐。但暗物质太特别。它高冷又娇羞，几乎不和任何物体发生作用，也几乎不发声。人们需要一个足够安静的环境，屏蔽掉一切我们已知的噪声，再造出足够敏锐的耳朵，才可能在暗物质粒子迎面而来时，听到它的低吟浅唱。
所以，必须将一切推到极限。
屏蔽宇宙射线的最佳方式，就是将实验室建在地下。
找到暗物质、研究暗物质，将是人类认识的一次重大飞跃，可能引发一场新的物理学革命。
寻找暗物质之旅从2003年开始。
一个巧合是，也是在2003年，来自全国各地的近18000名水电开发者，来到人迹罕至的雅砻江锦屏大河湾，凿开了他们的战场，为锦屏一、二级水电站修建做准备。
金沙江支流雅砻江奔流至木里、盐源、冕宁三县交界处，因被锦屏山阻隔，骤然掉头，拐向东北方，形成长达150公里的锦屏大河湾。锦屏一、二级电站，就分别选址在这一大河湾东西两端。连接两座电站的锦屏山交通隧道，成为这浩大水利工程的两条主动脉。
清华大学的老师从新闻上看到了这个奇迹。他们敏锐地意识到，暗物质实验室的地址，有了！
时任清华大学副校长的程建平教授领着团队，去往四川，找负责锦屏水电站工程的二滩公司（现雅砻江流域水电开发有限公司，以下简称雅砻江公司），反复谈了多次。高校和企业的这番跨界合作，还真成了。
实验室一期就建在锦屏山隧道中部。空间并不大，只有4000立方米，但填补了我国没有深地实验室的空白。
经测定，锦屏地下实验室内的宇宙射线通量可以降到地面水平的千万分之一到亿分之一，是目前国际上宇宙射线通量最低的地下实验室，也是全球岩石覆盖厚度最深的地下实验室。
跟所有细节“较劲”，将一切推到极限
2010年，中国锦屏地下实验室正式运行。
率先入驻的，是清华大学牵头的盘古计划（CDEX）高纯锗暗物质实验和上海交通大学牵头的熊猫计划（PandaX）液氙暗物质实验项目。两大项目，都是对暗物质进行直接探测，即测量暗物质粒子直接弹性碰撞普通物质引起的反冲核的数量和能量等数值。
随着合作组对辐射本底的要求越发苛刻，高纯无氧铜也不能直接拿来就用。清华大学工程物理系副教授马豪说，材料只要在地面上，就会被宇宙射线撞击，产生新的“噪声”。于是，课题组要将高纯无氧铜送到地下实验室，将铜电解再重组，去掉那些宇生同位素。
探测暗物质最核心的装置，就是高纯锗探测器。
传统高纯锗探测器及其谱仪被广泛应用于基础研究、核监测、核应急、国土安全和放射性管理等领域。但要探测暗物质，对锗的纯度要求更高。
千足金叫“999”金，意思是含金量千分数不小于999。而课题组需要的锗，其纯度要达到12至13个9。
目前，国内还没有制备这种大质量高纯锗晶体的能力。
不过，在十余年寻找暗物质过程中，研究团队已经攻克了探测器制造技术。现在，团队已能做出商业级别的高纯锗探测器，实现了成果转化。
CDEX合作组的高纯锗探测器，就置身实验室白色聚乙烯伸缩门后。
它身处重重保护之下：1米厚的聚乙烯材料，用来慢化和吸收中子；20厘米厚的铅层，用来屏蔽外部伽马射线；20厘米厚的含硼聚乙烯，可以吸收热中子；20厘米厚的高纯无氧铜，则用来屏蔽外部铅和含硼聚乙烯的伽马射线。
2013年，CDEX合作组发表了我国首个暗物质直接探测实验结果。2014年，给出点电极高纯锗暗物质探测方面国际最灵敏实验结果。值得一提的是，这一结果，利用相同探测技术，确定性地排除了美国CoGeNT实验组给出的暗物质存在区域。而PandaX的实验结果，曾入选2016年度《科技导报》十大科学进展和2017年度美国物理学会亮点。
无人知晓暗物质粒子的真身。各个暗物质探测团队，其实都在画“排除线”。所谓排除线，意思就是，这一块区域我们已经找过了，没有，可以再去别处找找。
排除线画得越多，暗物质可能的藏身空间就会被收缩得越小，寻找就能更加有的放矢。
二期扩建，向成为全球深地科学研究中心进发
暗物质实验取得的成果，推动了我国相关基础前沿领域迅速发展，也吸引了更多科研需求。原有的暗物质实验要升级，还有核天体物理实验、深地岩石力学实验、无中微子双贝塔衰变实验……中国科学家渴望着这样一个极深地下实验空间。
4000立方米，显得越发捉襟见肘。
2014年，清华大学和雅砻江公司继续合作，开挖锦屏地下实验室二期工程。
做这样一个大工程，光有科学家团队是不行的。他们必须充分整合资源，找到靠谱的合作伙伴，协同前进。
好在，锦屏地下实验室被列入了国家重大科技基础设施“十三五”规划。它的正式名称，叫极深地下极低辐射本底前沿物理实验设施。
从实验室一期出来，往西端走上500米左右，就到了实验室二期。它由4条子隧道构成，总容积达30万立方米，被分成8个不同的主实验厅和其他公共区域。
中国锦屏地下实验室主任程建平曾对科技日报记者打过比方：如果实验室一期是一套别墅的话，那么实验室二期就是一个小区。小区内，要容纳更多的实验团队和实验项目。
但新的难题接踵而至。比如说，通风。
二期实验空间从一期的4000立方米增加到了30万立方米，在理论计算和研讨以后，建设团队决定安装三根800毫米管径的聚乙烯材质的通风管道，从西端雅砻江畔的拦污坝平台经由排水洞输送新风到实验大厅，全长9公里。
但是自锦屏水电站发电之后，这条排水洞，实际上处于半废弃状态。洞内没有照明和通讯设备，有淤泥和涌水，有废弃的风机、龙门架、钢筋、混凝土残渣，还有多处深坑、围堰、涌水点和栏坝。2016年年初，建设团队中的清华大学薛涛老师带领两位工程师，穿着连体防水服，带着对讲机、安全绳、救生衣、电筒和铁锹，进入排水洞勘察。3个小时，他们穿过淤泥，淌过流水，一点点摸清排水洞洞内情况，写成了排水洞勘察报告，为通风管道的修建，奠定了前期基础。
现在，不同的科研团队，带着他们各自待解的谜题，等待进入扩建后的中国锦屏地下实验室。
5月下旬，科技日报记者来到地下实验室二期B厅。在尚未完全建好的实验室内，上海交大牵头的PandaX合作组已经紧锣密鼓开始了工作。
探测暗物质是国际竞争性项目，其他国家也在发力。这让科研人员不得不分秒必争。
PandaX实验升级后的4吨量级的液氙探测器正在紧张调试运行，等候暗物质的“造访”。“我们加班加点，但也踏踏实实。在保证安全的前提下，力争早出结果。” PandaX合作组一名研究人员向科技日报记者透露。
“我们在不断地接近真相。”上海交通大学物理与天文学院助理研究员王舟说。不管是合作还是竞争，人类都在为拓展认知边界而努力。但在他们内心，还是存着为国争光的念头。“我们想在人类科学史上，留下属于中国人的一笔。”这位年轻的女科研人员说。
CDEX的实验也会升级到百公斤级甚至吨级的高纯锗阵列探测器，将探测灵敏度再提升两个数量级。合作组的实验大厅中，近八层楼高的液氮罐已矗立在基坑内。罐内，将要放入1000个高纯锗探测器。
“我们特别有信心，10年后，中国会有一个全球闻名的地下实验室。”李元景说得兴奋。他设想着，把锦屏地下实验室变成全球深地科学研究中心。
到时，来自世界各地的科学家，从凉山西昌乘车一路向北，一路上，隧道连着隧道，高山夹着高山。约两个小时后，当锦屏山隧道的入口展现眼前，他们也会下意识感慨：就是这里了。
代表作三：
量子通信： 架起天地一体万里通信网
◎本报记者 吴长锋
遨游在太空的“墨子号”量子科学实验卫星，如今有了属于自己的“正式名称”。2020年9月11日，国家重大文化工程《辞海》（第七版）正式对外发布，本次新增内容中添加了“量子通信”“量子科学实验卫星”等词条。
2016年8月16日1时40分，我国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功将世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”发射升空。为了这一天，中国的量子物理学家们，已经准备了10多年。
把量子实验室“搬”上太空
“墨子号”量子科学实验卫星的诞生，源于我国“构建全球范围量子通信网”的科学愿景。
“把量子实验室‘搬’上太空的设想，10多年前就已被提出。”中国科学技术大学教授、中国科学院院士潘建伟说。
早在2003年，潘建伟团队就开始探索在自由空间实现更远距离的量子通信，提出了利用卫星实现远距离量子纠缠分发的方案。在自由空间，环境对光量子态的干扰效应极小，而光量子在穿透大气层进入外层空间后，其损耗更是接近于零，这使得自由空间信道比光纤信道在远距离传输方面更具优势。
2005年，潘建伟团队首先在合肥实现距离达13公里的自由空间量子纠缠分发和量子通信，13公里约等于地球表面的大气厚度，这次实验在国际上首次证明纠缠光量子在穿透等效于整个大气层厚度的地面大气后，纠缠仍然能够保持，其可被应用于高效、安全的量子通信，该实验为后续的自由空间量子通信实验奠定基础。
此前，一直走在全球量子通信领域前列的，是奥地利物理学家安东·蔡林格的团队。安东·蔡林格团队1997年在室内首次完成了量子态隐形传输的原理性实验验证，他们在2004年又利用多瑙河底的光纤信道将量子态隐形传输距离提高至600米。潘建伟到奥地利攻读博士学位期间，曾在安东·蔡林格团队担任研究骨干。
2001年，潘建伟学成回国，在中国科学技术大学建立起中国的量子物理实验室。在那之后，这对师徒既是合作伙伴又是竞争对手，正式开始了攀登量子通信技术高峰的竞赛。
相比于安东·蔡林格团队，潘建伟团队的进度更快，并逐步实现了从并跑到小幅度领先的超越。
2010年，潘建伟团队成功实现当时世界上最远距离的16公里量子隐形传态，首次证实量子隐形传态穿越大气层的可行性，为未来基于卫星中继的全球化量子通信网奠定了可靠基础。为了这次实验，潘建伟团队从2007年开始在北京八达岭与河北怀来之间架设了一条长达16公里的自由空间量子信道。
随后，潘建伟团队在青海湖地区新建实验基地，开展验证星地自由空间量子通信可行性的地基实验研究，从多个方面进行攻关，旨在突破基于卫星平台自由空间量子通信的关键技术瓶颈，并在2012年实现全球首个上百公里的自由空间量子隐形传态和量子纠缠分发，对星地量子通信可行性进行了全方位地面验证。
在这场量子学革命的科学竞赛中，多个“世界首次”“世界首个”均来自于由潘建伟领衔的“中国队”：在国际上首次实现安全通信距离超过100公里的光纤量子密钥分发、实现国际上首个全通型量子通信网络、建成世界首个规模化量子通信网络……“这标志着中国在量子通信领域的崛起，从10年前不起眼的国家逐步发展为现在的世界劲旅，将领先欧洲和北美。”国际权威期刊《自然》杂志曾如此感叹。
中国团队的这些研究工作，证明了实现基于卫星的全球量子通信网络和开展空间尺度量子力学基础检验的可行性。
挑战世界最高难度
2010年3月31日，我国国务院第105次常务会议审议通过了中国科学院“创新2020”规划，要求中国科学院“组织实施战略性先导科技专项，形成重大创新突破和集群优势”。
2011年1月25日，中国科学院实施启动首批“4+1”个战略性先导科技专项，其中就包括空间科学先导专项。空间科学先导专项第一批确定研发包括“墨子号”在内的四颗科学实验卫星。另外三颗分别为暗物质探测卫星“悟空”、我国首颗微重力科学实验卫星“实践十号”和硬X射线调制望远镜卫星“慧眼”。
“工程师的任务是技术实现，要把科学家的梦想变成现实。”量子卫星工程常务副总师兼卫星总指挥王建宇说，2011年量子科学实验卫星“墨子号”项目正式立项后，更高难度的挑战开始了。
量子科学实验卫星是我国自主研发的星地量子通信设备，突破了一系列高精尖技术，包括“针尖对麦芒”的星地光路对准，偏振态保持与星地基矢校正，量子光源载荷等关键技术。
王建宇从2007年就开始参与量子卫星的研究工作。他是中国科学院上海分院的副院长、原中国科学院上海技术物理研究所所长，作为光学遥感系统专家，他的团队与潘建伟团队合作，在辽阔美丽的青海湖畔实现了百公里级自由空间量子通信。
在2007年至2010年的关键技术攻关阶段，研究团队将量子密钥产生的地方放在位于青海湖湖心岛的海心山上，从中间向两边分发。
那时，晚上团队成员们就睡在帐篷里，同时还不能睡死，他们要打死一批批有可能干扰设备的蛾子。其中有位女研究生，从看见蛾子就害怕，到后来变成一边做实验一边面不改色地把蛾子一只只拍死的“杀手”。
“以前做卫星，多少能找到参考资料，但这个量子卫星的工作，属国际首次，完全没有参考。”王建宇认为，最困难的环节就是实现天地一体化联通。
按潘建伟等科学家的实验设计要求，“墨子号”不仅是天上的那颗卫星，它还包括地面系统：1个中心——合肥量子科学实验中心，4个站——南山、德令哈、兴隆、丽江量子通信地面站，1个平台——阿里量子隐形传态实验平台。卫星和地面站之间，要做到最高精度的瞄准和最灵敏的探测。
光量子非常小，它是光的最小单位，必须要用极为灵敏的探测器才能探测到；它的数量又非常多，“墨子号”卫星每秒能分发1亿光量子；此外，它还姿态万千，能形成不同的量子编码……
王建宇打了个比方：如果把光量子看成一个1元硬币，星地实验就相当于要在万米高空飞行的飞机上，不断把上亿个硬币一个个投到地面上一个不断旋转的储钱罐里（偏振测量的基矢在变化），这不但要求硬币击中储钱罐（瞄准精度），而且要求硬币准确射入罐子上细长的投币口（偏振保持）。
为了让穿越大气层后光量子的“针尖”仍能对上接收站的“麦芒”，王建宇团队与潘建伟团队一道，从2012年起开始进行了各种实验：收发距离40公里的转台实验，要与卫星绕地运行的角速度一致；30公里距离的车载高速运动实验，要考验超远距离“移动瞄靶”能力；热气球浮空平台实验，在空地环境下模拟量子密钥分发……
这么困难的“针尖”对“麦芒”，其关键技术最终被一一攻破，在十几个研究所的几百位科研人员的倾情投入下，卫星的初样完成了。
构建首个星地量子通信网
32年前，人类历史上首次量子通信在实验室实现了，传输距离32厘米。而今，中国人将这个距离扩展了1400多万倍，实现了从地面到太空的多用户通信。
2021年1月7日，国际顶级学术期刊《自然》杂志上发表了题为《跨越4600公里的天地一体化量子通信网络》的论文。中国科学技术大学宣布，中国科研团队成功实现了跨越4600公里的星地量子密钥分发，标志着我国已构建出天地一体化广域量子通信网雏形。
20年磨一剑，中国在量子通信域实现了从跟跑到领跑：量子保密通信京沪干线总长超过2000公里，是目前世界上最远距离的基于可信中继方案的量子安全密钥分发干线，该线路已于2017年9月底正式开通。“墨子号”量子科学实验卫星于2016年8月在酒泉卫星发射中心成功发射，圆满完成了预定的全部科学目标。
“墨子号”牵手“京沪干线”，中国科学技术大学科研人员潘建伟、陈宇翱、彭承志等与中国科学院上海技术物理研究所王建宇研究组、济南量子技术研究院及中国有线电视网络有限公司合作，构建了全球首个星地量子通信网。经过为期两年多的稳定性、安全性测试，该通信网实现了跨越4600公里的多用户量子密钥分发。
“要实现广域量子通信，就要解决光量子损耗、退相干等一系列技术难题，比如光量子数在光纤里每传输约15公里就会损失一半，200公里后只剩万分之一。”潘建伟说，科研团队在光学系统等方面发展了多项先进技术，化解了这些难题。
全球首个星地量子通信网络，覆盖我国四省三市32个节点，包括北京、济南、合肥和上海4个量子城域网，通过两个卫星地面站与“墨子号”量子科学实验卫星相连，总距离为4600公里，目前已接入金融、电力、政务等行业的150多家用户。
目前，广域量子通信网络的雏形已基本形成，未来在此基础上，可进一步推动量子通信在金融、政务、国防、电子信息等领域的广泛应用。
《自然》杂志审稿人对此评价道，这是地球上最大、最先进的量子密钥分发网络，是量子通信“巨大的工程性成就”。星地量子通信网的建成，为未来实现覆盖全球的“量子网”奠定科技基础，也为相对论、引力波等科学研究，提供了前所未有的“天地实验室”。
