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，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。
如何能更好地利用量子这把“双刃剑”，实现安全、长距离、可实用化的量子通信，以潘建伟为代表的科学家将目光投向了外太空。
外太空光信号损耗非常小，因此通过卫星的辅助可以大大扩展量子通信距离。
据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介绍，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。
从本世纪初以来，这一方向已成为国际学术界激烈角逐的焦点。潘建伟团队为实现星地量子通信开展了一系列先驱性的实验研究。
早在2003年，潘建伟团队就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，中科院联合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。随后，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，为构建覆盖全球的量子保密通信网络奠定了可靠的技术基础。
三颗卫星如何覆盖全球
2400年前，墨子就发现了光线沿直线传播，并设计了小孔成像实验，还在《墨经》中提出的“光学八条”。有研究者将墨子称作“科圣”，称他是中国科学家的始祖，墨子在光学上的发现，也被人称为光通信、量子通信的基础发现。中国发射的全球首颗量子卫星取名“墨子号”，也源于此。
截至目前，“墨子号”量子卫星的三大科学目标皆已完成，其中星地高速量子密钥分发实验采用卫星发射量子信号，地面接收的方式，“墨子号”量子卫星过境时，与河北兴隆地面光学站建立光链路，通信距离从645公里到1200公里。实验结果显示，在1200公里通信距离上，星地量子密钥的传输效率比同等距离地面光纤信道高万亿亿倍。
