簡介
墨子号量子科學實驗衛星是中科院空間科學戰略性先導科技專項于2011年首批确定的五顆科學實驗衛星之一，旨在建立衛星與地面遠距離量子科學實驗平台，并在此平台上完成空間大尺度量子科學實驗，以期取得量子力學基礎物理研究重大突破和一系列具有國際顯示度的科學成果，并使量子通信技術的應用突破距離的限制，向更深的層次發展，促進廣域乃至全球範圍量子通信的最終實現。同時，該項目将為廣域量子通信各種關鍵技術和器件的持續創新以及工程化問題提供一流的測試和應用平台，促進空間光跟瞄、空間微弱光探測、空地高精度時間同步、小衛星平台高精度姿态機動、高速單光子探測等技術的發展，形成自主的核心知識産權。
命名緣由
8月15日，我國量子科學實驗衛星首席科學家、中國科學院院士潘建偉在酒泉衛星發射中心接受媒體采訪時透露，量子科學實驗衛星已正式命名為“墨子号”。這是量子衛星的名字首次公開。潘建偉說：“衛星之名取自于我國科學家先賢，體現了我們的文化自信。”
在潘建偉看來，哲學家、墨家學派創始人墨子也是一位鮮為人知的偉大科學家，《墨經》裡記載了世界上第一個“小孔成像”實驗，該實驗解釋了小孔成倒像的原因，而這正是現代照相技術原理的起源。
潘建偉說，這個實驗指出了光是沿着直線傳播的，也是第一次對光直線傳播進行科學解釋——這在光學中是非常重要的一條原理，為量子通信的發展打下了一定的基礎。取“墨子号”來命名量子衛星，和衛星本身的意義相符，也體現了我們的文化自信。
研發背景
量子保密通信技術已經從實驗室演示走向産業化。在城市裡，通過光纖建構的城域量子網絡通信已經開始嘗試實際應用，我國在城域光纖量子通信方面已取得了國際領先的地位。
在量子通信的國際賽跑中，中國屬于後來者。經過多年的努力，中國已經跻身于國際一流的量子信息研究行列，在城域量子通信技術方面也走在了世界前列，建設完成合肥、濟南等規模化量子通信城域網，“京滬幹線”大尺度光纖量子通信骨幹網也即将竣工。
然而，這隻是開始。“在城市範圍内，通過光纖構建城域量子通信網絡是最佳方案。但要實現遠距離甚至全球量子通信，僅依靠光纖量子通信技術是遠遠不夠的。”潘建偉說。
量子通信通常采用單光子作為物理載體，最為直接的方式是通過光纖或者近地面自由空間信道傳輸。如何實現安全、長距離、可實用化的量子通信，是該領域的最大挑戰和國際學術界幾十年來奮鬥的共同目标。
在外太空，真空環境對光的傳輸幾乎沒有衰減，同樣也沒有退相幹效應。因此，若能将單光子或糾纏光子對傳出大氣層，配合星載平台技術和光束精确定位技術，就有可能實現自由空間的遠距離量子通信。
中國科學院上海技術物理研究所研究員、量子科學實驗衛星工程常務副總師、衛星系統總指揮王建宇說：“利用外太空幾乎真空因而光信号損耗非常小的特點，通過衛星的輔助可以大大擴展量子通信距離。同時，由于衛星具有方便覆蓋整個地球的獨特優勢，是在全球尺度上實現超遠距離實用化量子密碼和量子隐形傳态最有希望的途徑。”
2005年，潘建偉團隊在世界上第一次實現13公裡自由空間量子通信實驗，證實光子穿透大氣層後，其量子态能夠有效保持，從而驗證了星地量子通信的可行性。
2022年5月6日，從中國科學技術大學獲悉，該校潘建偉院士及同事彭承志、陳宇翺、印娟等利用“墨子号”量子科學實驗衛星，近期首次實現了地球上相距1200公裡兩個地面站之間的量子态遠程傳輸，向構建全球化量子信息處理和量子通信網絡邁出重要一步。
研發單位
量子衛星工程由中科院國家空間科學中心總負責；中國科學技術大學負責科學目标的提出和科學應用系統的研制；中科院上海微小衛星創新研究院抓總研制衛星系統，中科院上海技術物理研究所聯合中科大研制有效載荷分系統；中科院國家空間科學中心牽頭負責地面支撐系統研制、建設和運行；對地觀測與數字地球科學中心等單位參加。
重要事件
2009年12月，空間科學先導專項參加戰略性先導科技專項實施方案評議會，并在16個建議專項中名列前三名。 2011年12月23日，量子科學實驗衛星工程啟動暨動員會在京召開，标志着量子科學實驗衛星正式進入工程研制階段。 量子衛星2011年12月立項，是中科院空間科學先導專項首批科學實驗衛星之一。工程還建設了包括南山、德令哈、興隆、麗江4個量子通信地面站和阿裡量子隐形傳态實驗站在内的地面科學應用系統，與量子衛星共同構成天地一體化量子科學實驗系統。 2014年12月30日，量子科學實驗衛星通過初樣轉正樣階段評審，正式轉入正樣研制階段。 2015年12月6日，量子科學實驗衛星系統與科學應用系統完成星地光學對接試驗，驗證了天地一體化實驗系統能夠滿足科學目标的指标要求。 2016年8月16日淩晨1時40分，我國在酒泉衛星發射中心用長征二号丁運載火箭成功将世界首顆量子科學實驗衛星“墨子号”發射升空。
2017年1月18日，世界首顆量子科學實驗衛星“墨子号”在圓滿完成4個月的在軌測試任務後，正式交付中國科學技術大學使用； 6月15日，中國科學家在美國《科學》雜志上報告說，中國“墨子号”量子衛星在世界上首次實現千公裡量級的量子糾纏，這意味着量子通信向實用邁出一大步； 8月12日，墨子号”取得最新成果——國際上首次成功實現千公裡級的星地雙向量子通信，為構建覆蓋全球的量子保密通信網絡奠定了堅實的科學和技術基礎，至此，“墨子号”量子衛星提前、圓滿地完成了預先設定的全部三大科學目标； 9月29日，世界首條量子保密通信幹線“京滬幹線”與“墨子号”科學實驗衛星進行天地鍊路，我國科學家成功實現了洲際量子保密通信。這标志着我國在全球已構建出首個天地一體化廣域量子通信網絡雛形，為未來實現覆蓋全球的量子保密通信網絡邁出了堅實的一步。
2018年1月，在中國和奧地利之間首次實現距離達7600公裡的洲際量子密鑰分發，并利用共享密鑰實現加密數據傳輸和視頻通信。該成果标志着“墨子号”已具備實現洲際量子保密通信的能力。 2020年6月15日，中國科學院宣布，“墨子号”量子科學實驗衛星在國際上首次實現千公裡級基于糾纏的量子密鑰分發。該實驗成果不僅将以往地面無中繼量子密鑰分發的空間距離提高了一個數量級，并且通過物理原理确保了即使在衛星被他方控制的極端情況下依然能實現安全的量子密鑰分發。國際學術期刊《自然》于北京時間6月15日23時在線發表了這一成果。
2022年5月5日，從中國科學技術大學獲悉，該校教授潘建偉及其同事彭承志、陳宇翺、印娟等利用“墨子号”量子科學實驗衛星在遠距離的量子态傳輸方面取得重要實驗進展。該實驗刷新世界紀錄，首次實現了地球上相距1200公裡兩個地面站之間的量子态遠程傳輸，向構建全球化量子信息處理和量子通信網絡邁出重要一步。相關研究成果于2022年4月26日在線發表在國際知名學術期刊《物理評論快報》上。
目标任務
量子衛星是中國科學院空間科學先導專項首批科學實驗衛星之一，其主要科學目标一是借助衛星平台，進行星地高速量子密鑰分發實驗，并在此基礎上進行廣域量子密鑰網絡實驗，以期在空間量子通信實用化方面取得重大突破；二是在空間尺度進行量子糾纏分發和量子隐形傳态實驗，開展空間尺度量子力學完備性檢驗的實驗研究。
超期工作
2019年2月14日，中國研究人員在美國華盛頓說，“墨子号”量子科學實驗衛星預計将超出預期壽命、繼續工作至少2年以上，并展開更多國際合作。
重要意義
“墨子号”的成功發射，将使我國在世界上首次實現衛星和地面之間的量子通信，構建天地一體化的量子保密通信與科學實驗體系。
量子衛星的成功發射和在軌運行，将有助于我國在量子通信技術實用化整體水平上保持和擴大國際領先地位，實現國家信息安全和信息技術水平跨越式提升，有望推動我國科學家在量子科學前沿領域取得重大突破，對于推動我國空間科學衛星系列可持續發展具有重大意義。
美國波士頓大學的量子物理學家亞曆山大·謝爾吉延科說：“這個事确實很讓人激動，因為它是首次開展此類試驗，因此對全球都有重要意義。量子通信的競賽自1995年歐洲科研人員在日内瓦湖底進行量子密鑰分發的最初演示時就開始了。在那以後，英國、美國、日本和中國等國家都在探索城市間的量子通信網絡，而這場競賽從地面進入了太空，因為衛星能連接相距遙遠的不同都市。中國在發射量子衛星方面走在了前面。”
英國劍橋大學量子物理學教授阿德裡安·肯特說：“我對中國發射量子衛星這事感到很興奮。”他認為，這是為使用量子技術構建全球性安全通信網絡邁出的“第一步”
未來應用
量子衛星發射後，天地一體化量子科學實驗系統将投入正式運行，而“京滬幹線”大尺度光纖量子通信骨幹網工程預計2016年下半年交付。
得益于量子保密通信絕對安全性，量子通信不僅應用于百姓日常通信，也可用于水、電、煤氣等能源供給和民生網絡基礎設施的通信保障，還可應用于國防、金融、商業等領域，勢必對産業界和科技界産生巨大變革。
獲獎記錄
2019年1月31日，美國科學促進會宣布，中國科學技術大學潘建偉教授領銜的“墨子号”量子科學實驗衛星科研團隊被授予2018年度克利夫蘭獎，以表彰該團隊通過實現千公裡級星地雙向量子糾纏分發推動大尺度量子通信實驗研究做出的貢獻。
