墨子號量子科學實驗衛星是中科院空間科學戰略性先導科技專項于2011年首批確定的五顆科學實驗衛星之一，致力完善衛星與地面遠距離量子科學實驗平臺，并在此平臺上完成空間大尺度量子科學實驗，以期取得量子熱學基礎數學研究重大突破和一系列具有國際顯示度的科學成果，并使量子通訊技術的應用突破距離的限制，向更深的層次發展，推動廣域乃至全球范圍量子通訊的最終實現。同時量子通訊技術真偽，該項目將為廣域量子通訊各類關鍵技術和元件的持續創新以及工程化問題提供一流的測試和應用平臺，推動空間光跟瞄、空間微弱光偵測、空地高精度時間同步、小衛星平臺高精度姿態機動、高速單光子偵測等技術的發展，產生自主的核心知識產權。
墨子號量子科學實驗衛星專項將研發及發射1顆量子科學實驗衛星，研發生產一發長征二號丁運載湖人，在蘭州衛星發射中心將衛星發射至高度為500公里的預定軌道，同時建設以4個量子通訊地面站和1個空間量子隱型傳態實驗站為核心的天地一體化量子科學實驗系統，完成一系列具有國際領先水平的科學實驗任務。
墨子號量子科學實驗衛星專項的主要科學目標為：進行星地高速量子秘鑰分發實驗，并在此基礎上進行廣域量子秘鑰網路實驗，以期在空間量子通訊實用化方面取得重大突破；在空間尺度進行量子糾纏分發和量子隱型傳態實驗，舉辦空間尺度量子力學完備性檢驗的實驗研究。
四大實驗
該實驗室將在高精度捕獲、跟蹤、瞄準系統的輔助下，在實現地面與衛星之間構建超遠距離的量子信道的基礎上量子通訊技術真偽，進行衛星與地面之間、基于引誘態的量子秘鑰生成和分發，實現衛星與地面之間以量子秘鑰為核心的絕對安全的保密通訊試驗。
該實驗將在實現高速星地量子秘鑰分發的基礎上，與兩個光學地面站及其附屬的兩個局域光纖量子通訊網路相結合，通過衛星中轉的形式成立真正意義的廣域量子通訊網路。
在該實驗中，衛星上的量子糾纏光源同時向兩個地面站分發糾纏光子，在完成量子糾纏分發后，對糾纏光子同時進行獨立的量子檢測。通過對千公里量級量子糾纏態的觀測，舉辦空間尺度量子力學完備性檢驗的實驗研究。
該實驗將在量子儲存的幫助下，探求衛星與地面之間遠距離的真正意義及量子隱型傳態的可行性，在類空間條件下完成量子力學非定域性的實驗檢驗。
組織構架
墨子號量子科學實驗衛星專項設置首席科學家、工程總體和天地一體化實驗總體組。
首席科學家工程總體天地一體化實驗總體組
首席科學家負責提出和企劃整個專項的科學研究目標，確立總體技術目標和總體實驗基本方案，對重要科學技術問題把關；在工程施行階段結束后，負責組織項目團隊完成各項科學實驗，實現預定科學目標。
工程總體負責工程總體任務的論證、分解、組織系統研發建設以及系統間插口協調、組織系統間插口對接試驗等工作。
考慮到量子科學實驗天地一體化的特性，依托中國科學技術學院創立了天地一體化實驗總體組，設置衛星系統和科學應用系統，負責與天地一體化實驗相關的衛星、科學應用系統的技術活動的組織與協調工作。
潘建偉教授（中國科學技術學院）
工程總師：徐博明研究員（中國航天科技集團公司北京航天八院）
工程常務總工師：王建宇研究員（中國科大學北京分院）
主任：潘建偉教授（中國科學技術學院）
副主任：王建宇研究員（中國科大學北京分院)
衛星系統
衛星系統負責衛星平臺和有效荷載的研制，荷載包括量子秘鑰通訊機、量子糾纏發射機、量子糾纏源和量子實驗控制與處理機。
科學應用系統
科學應用系統負責整個量子科學實驗衛星工程科學實驗計劃的制定、科學實驗的施行、科學數據和應用的處理傳輸儲存管理與發布，其系統配置為：1個中心――合肥量子科學實驗中心，4個站――南山、德令哈、興隆、麗江量子通訊地面站，1個平臺――阿里量子隱型傳態實驗平臺。
