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。但是，这两种信道的损耗都随着距离增加而指数增加。由于量子不可克隆原理，量子通信的信号不能像经典通信那样被放大，这使得之前量子通信的世界纪录为百公里量级。根据数据测算，通过1200公里的光纤，即使有每秒百亿发射率的单光子源和完美的探测器，也需要数百万年才能建立一个比特的密钥。

因此，要实现安全、长距离、可实用化的量子通信，就必须利用外太空几乎真空因而光信号损耗非常小的特点，通过卫星辅助大大扩展量子通信的距离。同时，卫星具有方便覆盖整个地球的独特优势，因而成为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。

2003年，潘建伟团队提出了利用卫星实现星地间量子通信、构建覆盖全球量子保密通信网的方案，随后于2004年在国际上首次实现了水平距离13公里（大于大气层垂直厚度）的自由空间双向量子纠缠分发，验证了穿过大气层进行量子通信的可行性。2011年底，中科院战略性先导科技专项“量子科学实验卫星”正式立项。2012年，潘建伟领衔的中科院联合研究团队在青海湖实现了首个百公里的双向量子纠缠分发和量子隐形传态，充分验证了利用卫星实现量子通信的可行性。2013年，研究团队在青海湖实现了模拟星地相对运动和星地链路大损耗的量子密钥分发实验，全方位验证了卫星到地面的量子密钥分发的可行性。之后，该团队经过艰苦攻关，克服种种困难，最终成功研制了“墨子号”量子科学实验卫星。

现在，“墨子号”既实现了千公里级的星地高速量子密钥分发，又实现了远距离地星量子隐形传态，意味着“不被破解的加密技术”这个人类千年梦想，已经有了成为现实的科技基础。

空间科学：群星闪耀的未来

在“墨子号”随后的一年多设计寿命里，量子通信实验将开展洲际合作，并将实现量子通信与经典光通信相融合的安全信息传输，还希望实现基于纠缠的远距离量子密钥分发

“墨子号”量子卫星的设计寿命为两年，现在一年不到就已完成全部科学目标，剩下的一年多时间，它还将瞄准哪些新目标呢？

首先，量子通信实验将开展洲际合作。潘建伟透露，目前科研团队正与欧洲量子通信团队合作进行洲际量子密钥分发，已顺利完成与奥地利格拉茨地面站的对接测试，正在开展量子密钥分发实验，“墨子号”即将具备洲际量子保密通话的条件。与德国和意大利等国的洲际量子密钥分发合作也正在计划中。