我國量子科學實驗衛星質量約640千克，由長征-2D運載火箭發射，運行于500千米太陽同步軌道，軌道傾角為97.37°，設計在軌運行壽命2年。科學家已在相距300千米的地面成功進行了量子糾纏實驗，而量子科學實驗衛星將把這個實驗帶到外層空間，連接中國和歐洲之間的量子通信網，旨在建立衛星與地面遠距離量子科學實驗平臺，在國際上首次在空間大尺度下實現星地自由空間量子密鑰生成和分發，以及量子隱形傳態實驗等。

該衛星的核心是一個能夠產生成對糾纏態光量子的晶體，無論它們分開多遠，其性質仍然能糾纏在一起。其第一個任務是發送這些成對量子中的一方去往在北京和維也納的地面站，并使用它們來生成密鑰；第二個任務是證明這個糾纏可以存在于相隔上千米的粒子之間，因為量子理論預測糾纏一直存在于任何距離；第三個任務是嘗試地面與衛星之間量子隱形傳態，使用通過傳統方式傳輸來的糾纏光量子對及其所攜帶的信息，在一個新位置重建光子的量子狀態。

量子世界中存在一種類似“心電感應”的現象，即量子糾纏。就好比有些雙胞胎，雖然哥哥在北京，弟弟在上海，當哥哥特別高興時，弟弟也會特別高興；而哥哥特別痛苦的時候，弟弟也會特別痛苦。

量子糾纏是指在微觀世界里，有共同來源的兩個微觀粒子之間存在著糾纏關系，不管它們相距多遠，只要一個粒子狀態發生變化，另一個粒子狀態也會發生相應變化，即兩個或兩個以上的穩定粒子間會有強的量子關聯，但為什么會這樣？科學家們直到今天還沒搞清楚。

實驗已證明，具有糾纏態的兩個光量子無論相距多遠，只要一個發生變化，另外一個也會瞬間發生變化。量子保密通信就是利用這個特性實現的，即基于量子糾纏態的理論，通過量子密鑰傳輸和量子隱形傳態的方式實現信息傳遞。

其過程如下：事先構建一對具有糾纏態的光量子，將這對光量子分別放在通信雙方，把具有未知量子態的光量子與發送方的光量子進行聯合測量，則接收方的光量子瞬間變化為某種狀態，這個狀態與發送方的光量子變化后的狀態是對稱的，然后把聯合測量的信息通過經典信道傳送給接收方，接收方根據接收到的信息對變化的光量子進行幺正變換（相當于逆轉變換），就可得到與發送方完全相同的未知量子態。

量子通信的關鍵要素是量子密鑰，用具有量子態的物質作為密碼。在傳遞信息的過程中，量子密鑰一旦被截獲，其自身狀態會立刻發生改變，截獲量子密鑰的人只能得到無效信息，而信息的合法接收者也能立刻察覺，直到一把新的密鑰安全無誤地被接收。