简介
墨子号量子科学实验卫星是中科院空间科学战略性先导科技专项于2011年首批确定的五颗科学实验卫星之一，旨在建立卫星与地面远距离量子科学实验平台，并在此平台上完成空间大尺度量子科学实验，以期取得量子力学基础物理研究重大突破和一系列具有国际显示度的科学成果，并使量子通信技术的应用突破距离的限制，向更深的层次发展，促进广域乃至全球范围量子通信的最终实现。同时，该项目将为广域量子通信各种关键技术和器件的持续创新以及工程化问题提供一流的测试和应用平台，促进空间光跟瞄、空间微弱光探测、空地高精度时间同步、小卫星平台高精度姿态机动、高速单光子探测等技术的发展，形成自主的核心知识产权。
命名缘由
8月15日，我国量子科学实验卫星首席科学家、中国科学院院士潘建伟在酒泉卫星发射中心接受媒体采访时透露，量子科学实验卫星已正式命名为“墨子号”。这是量子卫星的名字首次公开。潘建伟说：“卫星之名取自于我国科学家先贤，体现了我们的文化自信。”
在潘建伟看来，哲学家、墨家学派创始人墨子也是一位鲜为人知的伟大科学家，《墨经》里记载了世界上第一个“小孔成像”实验，该实验解释了小孔成倒像的原因，而这正是现代照相技术原理的起源。
潘建伟说，这个实验指出了光是沿着直线传播的，也是第一次对光直线传播进行科学解释——这在光学中是非常重要的一条原理，为量子通信的发展打下了一定的基础。取“墨子号”来命名量子卫星，和卫星本身的意义相符，也体现了我们的文化自信。
研发背景
量子保密通信技术已经从实验室演示走向产业化。在城市里，通过光纤建构的城域量子网络通信已经开始尝试实际应用，我国在城域光纤量子通信方面已取得了国际领先的地位。
在量子通信的国际赛跑中，中国属于后来者。经过多年的努力，中国已经跻身于国际一流的量子信息研究行列，在城域量子通信技术方面也走在了世界前列，建设完成合肥、济南等规模化量子通信城域网，“京沪干线”大尺度光纤量子通信骨干网也即将竣工。
然而，这只是开始。“在城市范围内，通过光纤构建城域量子通信网络是最佳方案。但要实现远距离甚至全球量子通信，仅依靠光纤量子通信技术是远远不够的。”潘建伟说。
量子通信通常采用单光子作为物理载体，最为直接的方式是通过光纤或者近地面自由空间信道传输。如何实现安全、长距离、可实用化的量子通信，是该领域的最大挑战和国际学术界几十年来奋斗的共同目标。
在外太空，真空环境对光的传输几乎没有衰减，同样也没有退相干效应。因此，若能将单光子或纠缠光子对传出大气层，配合星载平台技术和光束精确定位技术，就有可能实现自由空间的远距离量子通信。
中国科学院上海技术物理研究所研究员、量子科学实验卫星工程常务副总师、卫星系统总指挥王建宇说：“利用外太空几乎真空因而光信号损耗非常小的特点，通过卫星的辅助可以大大扩展量子通信距离。同时，由于卫星具有方便覆盖整个地球的独特优势，是在全球尺度上实现超远距离实用化量子密码和量子隐形传态最有希望的途径。”
2005年，潘建伟团队在世界上第一次实现13公里自由空间量子通信实验，证实光子穿透大气层后，其量子态能够有效保持，从而验证了星地量子通信的可行性。
2022年5月6日，从中国科学技术大学获悉，该校潘建伟院士及同事彭承志、陈宇翱、印娟等利用“墨子号”量子科学实验卫星，近期首次实现了地球上相距1200公里两个地面站之间的量子态远程传输，向构建全球化量子信息处理和量子通信网络迈出重要一步。
研发单位
量子卫星工程由中科院国家空间科学中心总负责；中国科学技术大学负责科学目标的提出和科学应用系统的研制；中科院上海微小卫星创新研究院抓总研制卫星系统，中科院上海技术物理研究所联合中科大研制有效载荷分系统；中科院国家空间科学中心牵头负责地面支撑系统研制、建设和运行；对地观测与数字地球科学中心等单位参加。
重要事件
2009年12月，空间科学先导专项参加战略性先导科技专项实施方案评议会，并在16个建议专项中名列前三名。 2011年12月23日，量子科学实验卫星工程启动暨动员会在京召开，标志着量子科学实验卫星正式进入工程研制阶段。 量子卫星2011年12月立项，是中科院空间科学先导专项首批科学实验卫星之一。工程还建设了包括南山、德令哈、兴隆、丽江4个量子通信地面站和阿里量子隐形传态实验站在内的地面科学应用系统，与量子卫星共同构成天地一体化量子科学实验系统。 2014年12月30日，量子科学实验卫星通过初样转正样阶段评审，正式转入正样研制阶段。 2015年12月6日，量子科学实验卫星系统与科学应用系统完成星地光学对接试验，验证了天地一体化实验系统能够满足科学目标的指标要求。 2016年8月16日凌晨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。
2017年1月18日，世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”在圆满完成4个月的在轨测试任务后，正式交付中国科学技术大学使用； 6月15日，中国科学家在美国《科学》杂志上报告说，中国“墨子号”量子卫星在世界上首次实现千公里量级的量子纠缠，这意味着量子通信向实用迈出一大步； 8月12日，墨子号”取得最新成果——国际上首次成功实现千公里级的星地双向量子通信，为构建覆盖全球的量子保密通信网络奠定了坚实的科学和技术基础，至此，“墨子号”量子卫星提前、圆满地完成了预先设定的全部三大科学目标； 9月29日，世界首条量子保密通信干线“京沪干线”与“墨子号”科学实验卫星进行天地链路，我国科学家成功实现了洲际量子保密通信。这标志着我国在全球已构建出首个天地一体化广域量子通信网络雏形，为未来实现覆盖全球的量子保密通信网络迈出了坚实的一步。
2018年1月，在中国和奥地利之间首次实现距离达7600公里的洲际量子密钥分发，并利用共享密钥实现加密数据传输和视频通信。该成果标志着“墨子号”已具备实现洲际量子保密通信的能力。 2020年6月15日，中国科学院宣布，“墨子号”量子科学实验卫星在国际上首次实现千公里级基于纠缠的量子密钥分发。该实验成果不仅将以往地面无中继量子密钥分发的空间距离提高了一个数量级，并且通过物理原理确保了即使在卫星被他方控制的极端情况下依然能实现安全的量子密钥分发。国际学术期刊《自然》于北京时间6月15日23时在线发表了这一成果。
2022年5月5日，从中国科学技术大学获悉，该校教授潘建伟及其同事彭承志、陈宇翱、印娟等利用“墨子号”量子科学实验卫星在远距离的量子态传输方面取得重要实验进展。该实验刷新世界纪录，首次实现了地球上相距1200公里两个地面站之间的量子态远程传输，向构建全球化量子信息处理和量子通信网络迈出重要一步。相关研究成果于2022年4月26日在线发表在国际知名学术期刊《物理评论快报》上。
目标任务
量子卫星是中国科学院空间科学先导专项首批科学实验卫星之一，其主要科学目标一是借助卫星平台，进行星地高速量子密钥分发实验，并在此基础上进行广域量子密钥网络实验，以期在空间量子通信实用化方面取得重大突破；二是在空间尺度进行量子纠缠分发和量子隐形传态实验，开展空间尺度量子力学完备性检验的实验研究。
超期工作
2019年2月14日，中国研究人员在美国华盛顿说，“墨子号”量子科学实验卫星预计将超出预期寿命、继续工作至少2年以上，并展开更多国际合作。
重要意义
“墨子号”的成功发射，将使我国在世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信，构建天地一体化的量子保密通信与科学实验体系。
量子卫星的成功发射和在轨运行，将有助于我国在量子通信技术实用化整体水平上保持和扩大国际领先地位，实现国家信息安全和信息技术水平跨越式提升，有望推动我国科学家在量子科学前沿领域取得重大突破，对于推动我国空间科学卫星系列可持续发展具有重大意义。
美国波士顿大学的量子物理学家亚历山大·谢尔吉延科说：“这个事确实很让人激动，因为它是首次开展此类试验，因此对全球都有重要意义。量子通信的竞赛自1995年欧洲科研人员在日内瓦湖底进行量子密钥分发的最初演示时就开始了。在那以后，英国、美国、日本和中国等国家都在探索城市间的量子通信网络，而这场竞赛从地面进入了太空，因为卫星能连接相距遥远的不同都市。中国在发射量子卫星方面走在了前面。”
英国剑桥大学量子物理学教授阿德里安·肯特说：“我对中国发射量子卫星这事感到很兴奋。”他认为，这是为使用量子技术构建全球性安全通信网络迈出的“第一步”
未来应用
量子卫星发射后，天地一体化量子科学实验系统将投入正式运行，而“京沪干线”大尺度光纤量子通信骨干网工程预计2016年下半年交付。
得益于量子保密通信绝对安全性，量子通信不仅应用于百姓日常通信，也可用于水、电、煤气等能源供给和民生网络基础设施的通信保障，还可应用于国防、金融、商业等领域，势必对产业界和科技界产生巨大变革。
获奖记录
2019年1月31日，美国科学促进会宣布，中国科学技术大学潘建伟教授领衔的“墨子号”量子科学实验卫星科研团队被授予2018年度克利夫兰奖，以表彰该团队通过实现千公里级星地双向量子纠缠分发推动大尺度量子通信实验研究做出的贡献。
