北京时间2016年8月16日01时40分，中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发射升空。
作为中科院空间科学战略性先导专项首批科学卫星之一，量子科学实验卫星将在国际首次开展星地高速量子密钥分发、空间尺度的量子隐形传态等多项实验。
世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”发射现场（图源：新华社）
据中科院消息，该颗量子科学实验卫星被命名为“墨子号”。“关于这颗卫星的命名，我们考虑了好久。”量子科学实验卫星首席科学家潘建伟院士说，最终命名为墨子，缘起于已故著名教育家、中国科学技术大学老教授钱临照。据悉，钱临照早年对墨家经典著作《墨经》有过深入研究，发现其中有不少与现代科学知识相通的记载，比如墨子在《墨经》中提出的“光学八条”。
世界首颗量子卫星“墨子号”（图源：新华社发 中科院微小卫星创新研究院供图）
“墨家逻辑是全球三大古老逻辑体系之一，而逻辑体系是科学的基础。”潘建伟说，墨子在两千多年前就发现了光线沿直线传播，并设计了小孔成像实验，奠定了光通信、量子通信的基础。“就像国外有伽利略卫星、开普勒望远镜一样，以中国古代伟大科学先贤的名字来命名全球首颗量子卫星，将提升我国的文化自信。”他说。
据悉，“墨子号”经过5年的研制，2016年开始与运载火箭对接，卫星高1.7米，重量为640公斤。其搭载有量子密钥通信机、量子纠缠发射机、量子纠缠源、量子试验控制与处理机等有效载荷，具备两套独立的有效载荷指向机构，通过姿控指向系统协同控制，可与地面上相距千公里量级的两处光学站同时建立量子光链路。
其中最重要的一个载荷叫纠缠源，它只有机顶盒的大小，但是作用却非常关键，因为它能够产生纠缠光，这也是卫星在空中做各种量子实验的源头，平时实验室里纠缠源的体积非常巨大，但是，中国研究人员把它做到了小型化，让它实现了满足这种空间的环境要求，这一点为国际首创。
中国成功研制世界首颗量子卫星“墨子号”（图源：新华社发 中科院微小卫星创新研究院供图）
中科院提供的信息显示，量子卫星的寿命为两年时间，将完成四大任务：星地高速量子密钥分发实验，广域量子通信网络实验，星地量子纠缠分发实验和地星量子隐形传态实验。
英媒称，中国发射世界首颗“量子卫星”，将有助于建立一个极其安全的全球通信网络。英国《每日邮报》网站8月3日报道称，这个重达1,300磅（约合590千克）的航天器中，含有一块能够产生纠缠光子对的晶体，这些光子对将被发射到中国和奥地利的地面卫星接收站中，从而形成一个“密钥”。
什么是量子？（图源：新华社）
此外，此次实验还涉及合肥中心和乌鲁木齐南山、河北兴隆、青海德令哈、云南丽江和西藏阿里站五个台站。其中北京的兴隆站、新疆的南山站、青海的德令哈站和云南的丽江站，是四个量子通信地面站，主要参与量子密钥分发和量子纠缠分发这两大项实验。南山和德令哈的1.2米口径望远镜和改造后的兴隆、丽江米级望远镜是核心部分。位于西藏的阿里站则主要配合卫星一起参与第三项量子科学实验——量子隐形传态。
据《自然》杂志报道，如果这一为期两年的研究任务的初期实验能够获得成功，那么可能很快就会再发射多颗卫星。中国研究人员正在努力证明粒子即使相距极远——该研究的实验距离约为750英里（约合1,200公里）——也能保持纠缠。
此前为证明量子通信所做的研究显示，这一距离最长为超过180英里。现在科学家们希望，太空中的光子传播能够将这一距离变得更长。《自然》杂志解释道，通过空气和光纤时，光子会被分散或吸收，这给脆弱的量子态的保持带来了挑战，但光子在太空中的传播却更平顺。
酒泉卫星发射中心，星罩组合体吊装与运载火箭对接（图源：新华社发 中科院微小卫星创新研究院供图）
报道称，实现此等距离的量子通信将使建立安全的全球通信网络成为可能，通信双方能够使用一个共享的密钥进行交流。在量子物理学中，纠缠粒子即使相隔极远，也会保持相互连接。因此，其中一个粒子的动作会影响另一个粒子的行为。如果某个人试图在一端窃听，那么另一端就能检测到这种通信干扰。
报道称，该研究任务为期两年。在此期间，中国研究人员将进行贝尔测试，以证明在这样一种超远距离下，纠缠依然存在。此外，据英国《自然》周刊报道，中国人还将尝试“隐形传送”量子态，即在一个新位置重建某个光子的量子态。
此后，中国还将陆续发射卫星，建成全球第一个实现卫星和地面之间量子通信的国家。2016年下半年，京沪量子通信干道也将建成，届时中国将初步形成广域量子通信体系。按照规划，到2020年，中国将实现亚洲与欧洲的洲际量子密钥分发；到2030年左右，中国将建成全球化的广域量子通信网络。届时，世界上第一封不可被窃听、破译的密信将会诞生。
酒泉卫星发射中心，星罩组合体正在转运至发射塔架（图源：新华社发 中科院微小卫星创新研究院供图）
加拿大、日本、意大利和新加坡的研究人员也透露了在太空中进行量子实验的计划，包括建议在国际空间站进行的一个实验。中国的这项实验将尝试创造出一种高效可靠的量子隐形传态方法。研究人员表示，实现了量子隐形传态后，便能制造出一种分辨率极高的望远镜。
这个中国航天器的首项任务便是将光子对发射到北京和维也纳的地面接收站中，从而形成密钥。但是，随着研究工作的进行，这颗卫星可能很快便会迎来其他卫星的加入。中国科学技术大学物理学家陆朝阳表示：“如果首颗卫星表现不错，中国肯定会发射更多。”据悉，若要创建一个连接全世界的通信网络，大约需要部署20颗此类卫星。
