墨子号科学实验卫星
墨子号是世界上第一颗量子科学实验卫星，在国际上首次实现了基于纠缠的千公里级量子密钥分发，为量子通信走向现实应用奠定了重要基础。
墨子号量子科学实验卫星（Quantum Science Experiment Satellite“Micius”）是世界上第一颗量子科学实验卫星，质量631千克，设计寿命2年。该项目也是中国科学院空间科学战略性先导科技专项项目之一。2016年8月16日1时40分，墨子号卫星于酒泉卫星发射中心搭乘长征二号丁运载火箭发射升空，这也标志着我国成为全球第一个实现卫星和地面之间量子通信的国家。
量子科学实验卫星命名为墨子号，是为了纪念我国战国时期墨家学派的创始人墨子。以科学先贤为科学卫星命名以彰显研发国家的文化和科学成就，是国际惯例。墨子在物理学尤其是光学领域取得了众多突出成就，在他所著的《墨经》中归纳出“光学八条”。2 000多年前，墨子进行了世界上最早的小孔成像实验，最先发现了光沿直线传播这一光学领域最重要的科学原理，奠定了光通信的基础。
墨子号卫星上搭载的主要有效载荷有5个，分别是量子密钥通信机、量子纠缠发射机、量子纠缠源、量子实验与控制处理机、高速相干激光通信机。量子科学实验卫星在轨运行两年间执行了4项实验任务，完成了两大科学目标：进行经由卫星中继的“星地高速量子密钥分发实验”，并在此基础上进行“广域量子通信网络实验”，以期在空间量子通信实用化方面取得重大突破；进行“星地双向纠缠分发实验”与“空间尺度量子隐形传态实验”，开展空间尺度量子力学完备性检验的实验研究。这4项实验皆为世界上首次开展。卫星同时会透过高速相干激光通信机开展与地面通信接收站之间的实时“星地双向激光通信技术演示实验”。为了执行这些任务，除了卫星和位于安徽合肥的量子科学实验中心之外，地面上也建设了4个量子通信地面站（分别位于河北兴隆、新疆乌鲁木齐南山、青海德令哈、云南丽江），以及位于西藏阿里的量子隐形传态实验平台。除此以外，奥地利科学院和维也纳大学的科学家也与我国合作，在维也纳和格拉茨设置了量子通信地面站。
1 墨子号量子科学实验卫星模型（正面）
2 墨子号量子科学实验卫星模型（斜侧面）
洲际量子保密通信网络示意图
天地量子科学实验非常复杂，对天地实验设备的要求异乎寻常得高。譬如，墨子号卫星飞行中携带的两个激光器要分别瞄准两个相距上千公里的地面站，向左向右同时传输量子密钥，且卫星的光轴和地面望远镜的光轴要始终精确对准，这就好比卫星上的“针尖”对准地面上的“麦芒”。墨子号的对准精度可以达到普通卫星的10倍。这也离不开科研人员的各种实验攻关，并为此付出的艰辛和努力。
2017年6月16日，墨子号首先成功实现了两个量子纠缠光子被分发到相距超过1 200千米的距离后，仍可继续保持其量子纠缠的状态。相关成果于当年的6月16日以封面论文的形式发表在《科学》杂志上。2017年8月10日，墨子号量子卫星在国际上首次实现从卫星到地面的量子密钥分发和从地面到卫星的量子隐形传态两项成果，同时以封面标题论文的形式发表在《自然》杂志上。
美国科学促进会将2018年度“克利夫兰奖”（Newcomb Cleveland Prize）授予中国科学技术大学教授潘建伟领衔的墨子号量子科学实验卫星科研团队，以表彰他们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卓越贡献。这是美国科学促进会设立克利夫兰奖近百年来，中国科学家在本土完成的科研成果首次获得这一重要荣誉。
墨子号卫星模型
墨子号量子卫星已圆满实现了既定科学目标，目前处于超期服役状态。2020年6月15日，英国《自然》杂志在线发表了一篇题为《基于纠缠的千公里级安全量子加密》的研究论文，墨子号在国际上首次实现了基于纠缠的千公里级量子密钥分发。该实验成果不仅将以往地面无中继量子保密通信的空间距离提高了一个数量级，更重要的是，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，依然能够实现安全的量子通信，为量子通信走向现实应用奠定了重要基础。
2022年5月，潘建伟院士团队首次实现了地球上相距1 200千米两个地面站（云南丽江站与青海德令哈站）之间的量子态远程传输。
墨子号开启了全球量子通信、空间量子物理学和量子引力实验检验的大门，为我国在国际上抢占了量子科技创新制高点，成为国际同行的标杆，实现了“领跑者”的转变。
通过慧眼号、悟空号及墨子号，我们了解了我国空间科学战略性先导科技专项计划。随着该专项（一期）的圆满收官，我国空间科学发展也站上了新的历史起点。空间科学（二期）战略性先导科技专项于2018年7月正式启动，该专项瞄准宇宙和生命起源与演化、太阳系与人类关系两大科学前沿，在时域天文学、太阳磁场与爆的关系、太阳风-磁层相互作用规律、引力波电磁对应体等方向开展卫星研制，如爱因斯坦探针（EP）、先进天基太阳天文台（ASO-S）以及增强型X射线时变与偏振空间天文台（eXTP）。这些项目将聚集国内优秀科学家和工程团队，持续探索浩瀚宇宙未知的奥秘，为我国空间科学跻身世界先进行列作出不可替代的历史性贡献。
《科学》杂志封面中的墨子号
