墨子号量子科学实验卫星是中科院空间科学战略性先导科技专项于2011年首批确定的五颗科学实验卫星之一，致力完善卫星与地面远距离量子科学实验平台，并在此平台上完成空间大尺度量子科学实验，以期取得量子热学基础数学研究重大突破和一系列具有国际显示度的科学成果，并使量子通讯技术的应用突破距离的限制，向更深的层次发展，推动广域乃至全球范围量子通讯的最终实现。同时量子通讯技术真伪，该项目将为广域量子通讯各类关键技术和元件的持续创新以及工程化问题提供一流的测试和应用平台，推动空间光跟瞄、空间微弱光侦测、空地高精度时间同步、小卫星平台高精度姿态机动、高速单光子侦测等技术的发展，产生自主的核心知识产权。
墨子号量子科学实验卫星专项将研发及发射1颗量子科学实验卫星，研发生产一发长征二号丁运载湖人，在兰州卫星发射中心将卫星发射至高度为500公里的预定轨道，同时建设以4个量子通讯地面站和1个空间量子隐型传态实验站为核心的天地一体化量子科学实验系统，完成一系列具有国际领先水平的科学实验任务。
墨子号量子科学实验卫星专项的主要科学目标为：进行星地高速量子秘钥分发实验，并在此基础上进行广域量子秘钥网路实验，以期在空间量子通讯实用化方面取得重大突破；在空间尺度进行量子纠缠分发和量子隐型传态实验，举办空间尺度量子力学完备性检验的实验研究。
四大实验
该实验室将在高精度捕获、跟踪、瞄准系统的辅助下，在实现地面与卫星之间构建超远距离的量子信道的基础上量子通讯技术真伪，进行卫星与地面之间、基于引诱态的量子秘钥生成和分发，实现卫星与地面之间以量子秘钥为核心的绝对安全的保密通讯试验。
该实验将在实现高速星地量子秘钥分发的基础上，与两个光学地面站及其附属的两个局域光纤量子通讯网路相结合，通过卫星中转的形式成立真正意义的广域量子通讯网路。
在该实验中，卫星上的量子纠缠光源同时向两个地面站分发纠缠光子，在完成量子纠缠分发后，对纠缠光子同时进行独立的量子检测。通过对千公里量级量子纠缠态的观测，举办空间尺度量子力学完备性检验的实验研究。
该实验将在量子储存的帮助下，探求卫星与地面之间远距离的真正意义及量子隐型传态的可行性，在类空间条件下完成量子力学非定域性的实验检验。
组织构架
墨子号量子科学实验卫星专项设置首席科学家、工程总体和天地一体化实验总体组。
首席科学家工程总体天地一体化实验总体组
首席科学家负责提出和企划整个专项的科学研究目标，确立总体技术目标和总体实验基本方案，对重要科学技术问题把关；在工程施行阶段结束后，负责组织项目团队完成各项科学实验，实现预定科学目标。
工程总体负责工程总体任务的论证、分解、组织系统研发建设以及系统间插口协调、组织系统间插口对接试验等工作。
考虑到量子科学实验天地一体化的特性，依托中国科学技术学院创立了天地一体化实验总体组，设置卫星系统和科学应用系统，负责与天地一体化实验相关的卫星、科学应用系统的技术活动的组织与协调工作。
潘建伟教授（中国科学技术学院）
工程总师：徐博明研究员（中国航天科技集团公司北京航天八院）
工程常务总工师：王建宇研究员（中国科大学北京分院）
主任：潘建伟教授（中国科学技术学院）
副主任：王建宇研究员（中国科大学北京分院)
卫星系统
卫星系统负责卫星平台和有效荷载的研制，荷载包括量子秘钥通讯机、量子纠缠发射机、量子纠缠源和量子实验控制与处理机。
科学应用系统
科学应用系统负责整个量子科学实验卫星工程科学实验计划的制定、科学实验的施行、科学数据和应用的处理传输储存管理与发布，其系统配置为：1个中心――合肥量子科学实验中心，4个站――南山、德令哈、兴隆、丽江量子通讯地面站，1个平台――阿里量子隐型传态实验平台。
