2016年8月16日凌晨1时40分，中国在酒泉卫星发射中心发射了世界第一颗“量子科学实验卫星”。卫星由长征二号丁运载火箭送入太空，飞行了约十一分半后与火箭分离，顺利进入了太阳同步轨道。这是人类历史上第一颗尝试运用量子信息技术来实现“天地交流”的卫星，如果成功，标志着人类通信技术迈入全新的时代。
该卫星由中国科学技术大学和中科院上海技术物理研究所共同研制，经过前期准备，于2012年正式立项，取名为“墨子号”。
该量子科学实验卫星将配合多个地面站实施星地量子保密通信实验，星地双向量子纠缠分发实验，同时也要进行地星量子隐形传态等实验，其中还将尝试从北京到维也纳的洲际量子密钥分发。据悉，本次任务还搭载发射了中科院研制的稀薄大气科学实验卫星和西班牙科学实验小卫星。量子卫星发射入轨后将进行3个月左右的在轨测试，然后转入在轨运行阶段。
基于卫星等航天器的空间量子通信，有着地面光纤量子通信网络无法比拟的优势。原因之一是在同样距离下，光子在光纤中的损耗远高于自由空间的损耗。这是由于光子在自由空间的损耗主要来自光斑的发散，大气对光子的吸收和散射远小于光纤。原因之二是受到地面条件的限制，很多地方无法铺设量子通信的专用光纤。因此，想建设覆盖全球的量子通信网络，必需依赖多颗量子通信卫星。
从以上分析我们看出，这颗量子科学实验卫星将开创人类量子通信卫星的先河，在实现一系列量子通信科学实验目标的同时，尝试与地面光纤量子通信网络链接，为未来覆盖全球的天地一体化量子通信网络建立技术基础。
量子信息是以量子物理学为基础的新一代信息科学技术。主要包含两个方面，一个是信息的传输，即量子通信。另一个是信息的处理，即量子计算。20世纪初，普朗克、爱因斯坦、玻尔开创了量子物理学研究。
随后，海森堡、薛定谔、狄拉克等物理学家建立了量子力学。从此，量子物理学沿着两条路深刻地推动着人类文明的发展。一条路是“自上而下”的，即不断深入微观世界探索基本粒子。我们经常听到的“高能物理（即粒子物理）”、“大统一理论”、“大型强子对撞机”等等就是来自这个领域。
另一条路是“自下而上”的，也就是认识身边的各种物质背后的量子力学原理，并在此基础上发展各种高新技术来改变世界，如我们经常听到的“凝聚态物理”、“半导体”、“激光”、“超导体”、“纳米材料”等等。这条路曾经通过半导体技术催生了第一次信息革命，使我们今天能够便捷地使用计算机、智能手机和互联网。
但是这次信息革命是属于“经典信息”的革命，虽然我们必须用量子力学才能理解半导体和激光的本质与工作原理，但我们所处理的还是经典的二进制信息（即0和1，叫做经典比特），而这属于经典物理学的范畴。随着我们对量子力学原理的认识步入到了一个全新的阶段，第二次信息革命即将诞生。其中以“量子信息”革命为代表。信息传输和计算都将直接基于量子比特，也就诞生了量子通信和量子计算。
量子通信作为排头兵，走在了这次信息革命的最前面，成为它的第一个突破点。
量子通信按照应用场景和所传输的比特类型可分为“量子密码”和“量子态传输”两个方向。其中“量子密码”使用量子态不可克隆的特性来产生二进制密码，为经典比特建立牢不可破的量子保密通信。目前量子保密通信已经步入产业化阶段，开始保护我们的信息安全；“量子态隐形传态”是利用量子纠缠来直接传输量子比特，将应用于未来量子计算机之间的通信。
量子不可克隆定理表明，复制（即克隆）一个粒子的状态前，首先都要测量这个状态。但是量子态不同于经典状态，它非常脆弱，任何测量都会改变量子态本身（即令量子态坍缩），因此量子态无法被任意克隆。这就是量子不可克隆定理，已经经过了数学上严格的证明。窃听者在窃听经典信息的时候，等于复制了这份经典信息，使信息的原本接收者和窃听者各获得一份。
但是在量子态传输时，因为无法克隆任意量子态，于是在窃听者窃听拦截量子通讯的时候，就会销毁他所截获到的这个量子态。
在量子密码里（如BB84协议），正是由于量子不可克隆定理，光子被截获时经过了测量，偏振状态就发生了改变。接收方就会察觉密码的错误，停止密码通信。这也就确保了通信时量子密码的安全性，也就保证了加密信息的安全性。
在传输量子比特时，由于量子不可克隆定理，销毁量子态就是销毁了它所携带的量子比特，于是无论是接收者还是窃听者都无法再获得这个信息。通讯双方会轻易察觉信息的丢失，因此量子比特本身的具有绝对的保密性。量子不可克隆定理使得我们直接传输量子比特的时候，不用再建立量子密码，而是直接依靠量子比特本身的安全性就可以做到信息不被窃取。
在接下来的篇幅中，我们将依次介绍“量子密码”、“量子纠缠态”和“量子隐形传态”的基本原理。量子密码目前实用化的量子密码是基于查理斯·本内特（Charles Bennett）和吉勒·布拉萨（Gilles Brassard）在1984年提出的BB84协议。该协议把密码以密钥的形式分配给信息的收发双方，因此也称作“量子密钥分发”。该协议利用光子的偏振态来传输信息。
因为光子有两个偏振方向，而且相互垂直，所以信息的发送者和接收者都可以简单地选取90度的测量方式，即“+”，或45度的测量方式，即“×”，来测量光子。
为了生成一组二进制密码，发送者首先随机生成一组二进制比特，我们称之为“发送者的密码比特”。
同时发送者对每个“发送者的密码比特”都随机选取一个测量模式（“+”或者“×”），然后把在这个测量模式下，每个“发送者的密码比特”对应的偏振状态的光子发送给接受者。接收者这边也对接收到的每个比特随机选择“+”或者“×”来测量，测量结果记录为一组0和1的列表。当接收者获得全部测量结果后，他将通过经典信道（如电话，短信，QQ等）与发送者联系，互相分享各自采用过的测量方式。
这时，他们只保留相同的测量方式（“+”或者“×”）的数据，舍弃不同的测量方式的数据。保留下来的测量方式所对应的二进制比特，就是他们最终生成的密码。
通过BB84协议的量子通信可以有效地发现窃听，然后通讯双方关闭通信，或重新分配密码，直到没人窃听为止。BB84量子密码分配协议使得通讯双方可以生成一串绝对保密的量子密码，用该密码给任何二进制信息加密，都会使加密后的二进制信息无法被解密，因此从根本上保证了传输信息过程的安全性。在这方面，中国在世界上走在了最前面。
中国科学技术大学潘建伟团队在合肥市实现了国际上首个所有节点都互通的量子保密通信网络，后又利用该成果为60周年国庆阅兵关键节点之间构建了“量子通信热线”，之后研发的新型量子通信装备在北京投入常态运行，为“十八大”等国家重要政治活动提供信息安全保障。
发源于中国科学技术大学的科大国盾量子通信技术有限公司利用所转化的成果建成了覆盖合肥城区的世界上首个规模化量子保密通信网络，标志着大容量的城域量子通信网络技术开始成熟。2013年国家批准立项量子保密通信“京沪干线”，将于2016年年底前建成。该干线连接北京上海，全长2000余公里，是世界首条量子保密通信主干网，将大幅提高我国军事，政务，银行和金融系统的安全性。
量子纠缠态是量子力学中最神秘的现象之一。量子隐形传态是利用量子纠缠态的量子通信方式。量子隐形传态的过程包括制备一个纠缠粒子对，在A点测量粒子并将测量结果通过经典信道发送到B点，B点根据测量结果对粒子进行操作，从而实现量子比特的传输。量子隐形传态的速度受到经典信息传输速度的限制，因此无法超过光速。未来量子隐形传态和量子计算机终端可以构成纯粹的量子信息传输和处理系统，即量子互联网。
这将是未来量子信息时代最显著的标志。