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量子計算的特性范文第1篇

關(guān)鍵詞 量子物理；現(xiàn)代信息技術(shù)；關(guān)系；原理應(yīng)用

中圖分類號：O41 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2013）15-0001-02

量子物理是人們認識微觀世界結(jié)構(gòu)和運動規(guī)律的科學(xué)，它的建立帶來了一系列重大的技術(shù)應(yīng)用，使社會生產(chǎn)和生活發(fā)生了巨大的變革。量子世界的奇妙特性在提高運算速度、確保信息安全、增大信息容量等方面發(fā)揮重要的作用，基于量子物理基本原理的量子信息技術(shù)已成為當(dāng)前各國研究與發(fā)展的重要科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。

隨著世界電子信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，以微電子技術(shù)為基礎(chǔ)的信息技術(shù)即將達到物理極限，同時信息安全、隱私問題等越來越突出。2013年5月美國“棱鏡門”事件的爆發(fā)，引發(fā)了對保護信息安全的高度重視，將成為推動量子物理科學(xué)與現(xiàn)代信息技術(shù)的交融和相互促進發(fā)展的契機。因此，充分認識量子物理學(xué)的基本原理在現(xiàn)代信息技術(shù)中發(fā)展的基礎(chǔ)地位與作用，是促進現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展的前提，也是豐富和發(fā)展量子物理學(xué)的需要。

1 量子物理基本原理

1）海森堡測不準原理。在量子力學(xué)中，任何兩組不可同時測量的物理量是共扼的，滿足互補性。在進行測量時，對其中一組量的精確測量必然導(dǎo)致另一組量的完全不確定，只能精確測定兩者之一。

2）量子不可克隆定理。在量子力學(xué)中，不能實現(xiàn)對各未知量子態(tài)的精確復(fù)制，因為要復(fù)制單個量子就只能先作測量，而測量必然改變量子的狀態(tài)，無法獲得與初始量子態(tài)完全相同的復(fù)制態(tài)。

3）態(tài)疊加原理。若量子力學(xué)系統(tǒng)可能處于和描述的態(tài)中，那么態(tài)中的線性疊加態(tài)也是系統(tǒng)的一個可能態(tài)。如果一個量子事件能夠用兩個或更多可分離的方式來實現(xiàn)，那么系統(tǒng)的態(tài)就是每一可能方式的同時迭加。

4）量子糾纏原理。是指微觀世界里，有共同來源的兩個微觀粒子之間存在著糾纏關(guān)系，不管它們距離多遠，只要一個粒子狀態(tài)發(fā)生變化，另一個粒子狀態(tài)隨即發(fā)生相應(yīng)變化。換言之，存在糾纏關(guān)系的粒子無論何時何地，都能“感應(yīng)”對方狀態(tài)的變化。

2 量子物理與現(xiàn)代信息技術(shù)的關(guān)系

2.1 量子物理是現(xiàn)代信息技術(shù)的基礎(chǔ)與先導(dǎo)

物理學(xué)一直是整個科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中的帶頭學(xué)科并成為整個自然科學(xué)的基礎(chǔ)，成為推動整個科學(xué)技術(shù)發(fā)展的最主要的動力和源泉。量子力學(xué)是20世紀初期為了解決物理上的一些疑難問題而建立起來的一種理論，它不僅解釋了微觀世界里的許多現(xiàn)象、經(jīng)驗事實，而且還開拓了一系列新的技術(shù)領(lǐng)域，直接導(dǎo)致了原子能、半導(dǎo)體、超導(dǎo)、激光、計算機、光通訊等一系列高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)生和發(fā)展?？梢哉f，從電話的發(fā)明到互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的實時通信，從晶體管的發(fā)明到高速計算機技術(shù)的成熟，量子物理開辟了一種全新的信息技術(shù)，使人類進人信息化的新時代，因此，量子物理學(xué)是現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展的主要源泉，而且隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，量子物理學(xué)的先導(dǎo)和基礎(chǔ)作用將更加顯著和重要。

2.2 量子物理為現(xiàn)代信息技術(shù)的持續(xù)發(fā)展提供新的原理和方法

現(xiàn)代信息技術(shù)本質(zhì)上是應(yīng)用了量子力學(xué)基本原理的經(jīng)典調(diào)控技術(shù)，隨著世界科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，以經(jīng)典物理學(xué)為基礎(chǔ)的信息技術(shù)即將達到物理極限。因此，現(xiàn)代信息技術(shù)的突破，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展必須借助于新的原理和新的方法。量子力學(xué)作為原子層次的動力學(xué)理論，經(jīng)過飛速發(fā)展，已向其他自然科學(xué)的各學(xué)科領(lǐng)域以及高新技術(shù)全面地延伸，量子信息技術(shù)就是量子物理學(xué)與信息科學(xué)相結(jié)合產(chǎn)生的新興學(xué)科，它為信息科學(xué)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展提供了新的原理和方法，使信息技術(shù)獲得了活力與新特性，量子信息技術(shù)也成為當(dāng)今世界各國研究發(fā)展的熱點領(lǐng)域。因此，未來的信息技術(shù)將是應(yīng)用到諸如量子態(tài)、相位、強關(guān)聯(lián)等深層次量子特性的量子調(diào)控技術(shù)，充分利用量子物理的新性質(zhì)開發(fā)新的信息功能，突破現(xiàn)代信息技術(shù)的物理極限。

2.3 現(xiàn)代信息技術(shù)對量子物理學(xué)發(fā)展的影響

量子信息技術(shù)應(yīng)用量子力學(xué)原理和方法來研究信息科學(xué)，從而開發(fā)出現(xiàn)經(jīng)典信息無法做到的新信息功能，反過來，現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展大大地豐富了量子物理學(xué)的研究內(nèi)容，也將不斷地影響量子物理學(xué)的研究方法，有力地將量子理論推向更深層次的發(fā)展階段，使人類對自然界的認識更深刻、更本質(zhì)。近年來，隨著量子信息技術(shù)領(lǐng)域研究的不斷深入，量子信息技術(shù)的發(fā)展也使量子物理學(xué)研究取得了不少成果，如量子關(guān)聯(lián)、基于熵的不確定關(guān)系、量子開放系統(tǒng)環(huán)境的控制等問題研究取得了巨大進展。

3 基于量子物理學(xué)原理的量子信息技術(shù)

基于量子物理原理和方法的量子信息技術(shù)成為21世紀信息技術(shù)發(fā)展的方向，也是引領(lǐng)未來科技發(fā)展的重要領(lǐng)域。當(dāng)前量子物理學(xué)的基本原理已經(jīng)在量子密碼術(shù)、量子通信、量子計算機等方面得到充分的理論論證和一定的實踐應(yīng)用。

3.1 量子計算機——量子疊加原理

經(jīng)典計算機建立在經(jīng)典物理學(xué)基礎(chǔ)上，遵循普通物理學(xué)電學(xué)原理的邏輯計算方式，即用電位高低表示0和1以進行運算，因此，經(jīng)典計算機只能靠以縮小芯片布線間距，加大其單位面積上的數(shù)據(jù)處理量來提高運算速度。而量子計算遵循量子力學(xué)規(guī)律進行高速數(shù)學(xué)和邏輯運算、存儲及處理量子信息。計算方式是建立在微觀量子物理學(xué)關(guān)于量子具有波粒兩重性和雙位雙旋特性的基礎(chǔ)上，量子算法的中心思想是利用量子態(tài)的疊加態(tài)與糾纏態(tài)。在量子效應(yīng)的作用下，量子比特可以同時處于0和1兩種相反的狀態(tài)（量子疊加），這使量子計算機可以同時進行大量運算，因此，量子計算的并行處理，使量子計算機實現(xiàn)了最快的計算速度。未來，基于量子物理原理的量子計算機，不僅運算速度快，存儲量大、功耗低，而且體積會大大縮小。

3.2 量子通信——量子糾纏原理

量子通信是一種利用量子糾纏效應(yīng)進行信息傳遞的新型通信方式。量子通信主要涉及：量子密碼通信、量子遠程傳態(tài)和量子密集編碼等。從信息學(xué)上理解，量子通信是利用量子力學(xué)的量子態(tài)隱形傳輸或者其他基本原理，以量子系統(tǒng)特有屬性及量子測量方法，完成兩地之間的信息傳遞；從物理學(xué)上講，量子通信是采用量子通道來傳送量子信息，利用量子效應(yīng)實現(xiàn)的高性能通信方式，突破現(xiàn)代通信物理極限。量子力學(xué)中的糾纏性與非定域性可以保障量子通信中的絕對安全的量子通信，保證量子信息的隱形傳態(tài)，實現(xiàn)遠距離信息轉(zhuǎn)輸。所以，與現(xiàn)代通信技術(shù)相比，量子通信具有巨大的優(yōu)越性，具有保密性強、大容量、遠距離傳輸?shù)忍攸c，量子通信創(chuàng)建了新的通信原理和方法。

3.3 量子密碼——不可克隆定理

經(jīng)典密碼是以數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，通過經(jīng)典信號實現(xiàn)，在密鑰傳送過程中有可能被竊聽且不被覺察，故經(jīng)典密碼的密鑰不安全。量子密碼是一種以現(xiàn)代密碼學(xué)和量子力學(xué)為基礎(chǔ)，利用量子物理學(xué)方法實現(xiàn)密碼思想和操作的新型密碼體制，通過量子信號實現(xiàn)。量子密碼主要基于量子物理中的測不準原理、量子不可克隆定理等，通信雙方在進行保密通信之前，首先使用量子光源，依照量子密鑰分配協(xié)議在通信雙方之間建立對稱密鑰，再使用建立起來的密鑰對明文進行加密，通過公開的量子信道，完成安全密鑰分發(fā)。因此量子密碼技術(shù)能夠保證：

1）絕對的安全性。對輸運光子線路的竊聽會破壞原通訊線路之間的相互關(guān)系，通訊會被中斷，且合法的通信雙方可覺察潛在的竊聽者并采取相應(yīng)的措施。

2）不可檢測性。無論破譯者有多么強大的計算能力，都會在對量子的測量過程中改變量子的狀態(tài)而使得破譯者只能得到一些毫無意義的數(shù)據(jù)。因此，量子不可克隆定理既是量子密碼安全性的依靠，也給量子信息的提取設(shè)置了不可逾越的界限，即無條件安全性和對竊聽者的可檢測性成為量子密碼的兩個基本特征。

4 結(jié)論

量子物理是現(xiàn)代信息技術(shù)誕生的基礎(chǔ)，是現(xiàn)代信息技術(shù)突破物理極限，實現(xiàn)持續(xù)發(fā)展的動力與源泉。基于量子物理學(xué)的原理、特性，如量子疊加原理、量子糾纏原理、海森堡測不準原理和不可克隆定理等，使得量子計算機具有巨大的并行計算能力，提供功能更強的新型運算模式；量子通信可以突破現(xiàn)代信息技術(shù)的物理極限，開拓出新的信息功能；量子密碼絕對的安全性和不可檢測性，實現(xiàn)了絕對的保密通信。隨著量子物理學(xué)理論在信息技術(shù)中的深入應(yīng)用，量子信息技術(shù)將開拓出后莫爾時代的新一代的信息技術(shù)。

參考文獻

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量子計算的特性范文第2篇

【關(guān)鍵詞】量子計算；量子計算機；量子算法；量子信息處理

1、引言

在人類剛剛跨入21山_紀的時刻，！日_界科技的重大突破之一就是量子計算機的誕生。德國科學(xué)家已在實驗室研制成功5個量子位的量子計算機，而美國LosAlamos國家實驗室正在進行7個量子位的量子計算機的試驗。它預(yù)示著人類的信息處理技術(shù)將會再一次發(fā)生巨大的飛躍，而研究面向量子計算機以量子計算為基礎(chǔ)的量子信息處理技術(shù)已成為一項十分緊迫的任務(wù)。

2、子計算的物理背景

任何計算裝置都是一個物理系統(tǒng)。量子計算機足根據(jù)物理系統(tǒng)的量子力學(xué)性質(zhì)和規(guī)律執(zhí)行計算任務(wù)的裝置。量子計算足以量子計算目L為背景的計算。是在量了力。4個公設(shè)（postulate）下做出的代數(shù)抽象。Feylllilitn認為，量子足一種既不具有經(jīng)典耗子性，亦不具有經(jīng)典渡動性的物理客體（例如光子）。亦有人將量子解釋為一種量，它反映了一些物理量（如軌道能級）的取值的離散性。其離散值之問的差值（未必為定值）定義為量子。按照量子力學(xué)原理，某些粒子存在若干離散的能量分布。稱為能級。而某個物理客體（如電子）在另一個客體（姻原子棱）的離散能級之間躍遷（transition。粒子在不同能量級分布中的能級轉(zhuǎn)移過程）時將會吸收或發(fā)出另一種物理客體（如光子），該物理客體所攜帶的能量的值恰好是發(fā)生躍遷的兩個能級的差值。這使得物理“客體”和物理“量”之問產(chǎn)生了一個相互溝通和轉(zhuǎn)化的橋梁；愛因斯坦的質(zhì)能轉(zhuǎn)換關(guān)系也提示了物質(zhì)和能量在一定條件下是可以相互轉(zhuǎn)化的因此。量子的這兩種定義方式是對市統(tǒng)并可以相互轉(zhuǎn)化的。量子的某些獨特的性質(zhì)為量了計算的優(yōu)越性提供了基礎(chǔ)。

3、量子計算機的特征

量子計算機，首先是能實現(xiàn)量子計算的機器，是以原子量子態(tài)為記憶單元、開關(guān)電路和信息儲存形式，以量子動力學(xué)演化為信息傳遞與加工基礎(chǔ)的量子通訊與量子計算，是指組成計算機硬件的各種元件達到原子級尺寸，其體積不到現(xiàn)在同類元件的1%。量子計算機是一物理系統(tǒng)，它能存儲和處理關(guān)于量子力學(xué)變量的信息。量子計算機遵從的基本原理是量子力學(xué)原理：量子力學(xué)變量的分立特性、態(tài)迭加原理和量子相干性。信息的量子就是量子位，一位信息不是0就是1，量子力學(xué)變量的分立特性使它們可以記錄信息：即能存儲、寫入、讀出信息，信息的一個量子位是一個二能級（或二態(tài)）系統(tǒng)，所以一個量子位可用一自旋為1/2的粒子來表示，即粒子的自旋向上表示1，自旋向下表示0；或者用一光子的兩個極化方向來表示0和1；或用一原子的基態(tài)代表0第一激發(fā)態(tài)代表1。就是說在量子計算機中，量子信息是存儲在單個的自旋’、光子或原子上的。對光子來說，可以利用Kerr非線性作用來轉(zhuǎn)動一光束使之線性極化，以獲取寫入、讀出；對自旋來說，則是把電子（或核）置于磁場中，通過磁共振技術(shù)來獲取量子信息的讀出、寫入；而寫入和讀出一個原子存儲的信息位則是用一激光脈沖照射此原子來完成的。量子計算機使用兩個量子寄存器，第一個為輸入寄存器，第二個為輸出寄存器。函數(shù)的演化由幺正演化算符通過量子邏輯門的操作來實現(xiàn)。單量子位算符實現(xiàn)一個量子位的翻轉(zhuǎn)。兩量子位算符，其中一個是控制位，它確定在什么情況下目標位才發(fā)生改變；另一個是目標位，它確定目標位如何改變；翻轉(zhuǎn)或相位移動。還有多位量子邏輯門，種類很多。要說清楚量子計算，首先看經(jīng)典計算。經(jīng)典計算機從物理上可以被描述為對輸入信號序列按一定算法進行交換的機器，其算法由計算機的內(nèi)部邏輯電路來實現(xiàn)。經(jīng)典計算機具有如下特點：

a）其輸入態(tài)和輸出態(tài)都是經(jīng)典信號，用量子力學(xué)的語言來描述，也即是：其輸入態(tài)和輸出態(tài)都是某一力學(xué)量的本征態(tài)。如輸入二進制序列0110110，用量子記號，即10110110>。所有的輸入態(tài)均相互正交。對經(jīng)典計算機不可能輸入如下疊加Cl10110110>+C2I1001001>。

b）經(jīng)典計算機內(nèi)部的每一步變換都將正交態(tài)演化為正交態(tài)，而一般的量子變換沒有這個性質(zhì)，因此，經(jīng)典計算機中的變換（或計算）只對應(yīng)一類特殊集。

相應(yīng)于經(jīng)典計算機的以上兩個限制，量子計算機分別作了推廣。量子計算機的輸入用一個具有有限能級的量子系統(tǒng)來描述，如二能級系統(tǒng)（稱為量子比特），量子計算機的變換（即量子計算）包括所有可能的幺正變換。因此量子計算機的特點為：

a）量子計算機的輸入態(tài)和輸出態(tài)為一般的疊加態(tài)，其相互之間通常不正交；

b）量子計算機中的變換為所有可能的幺正變換。得出輸出態(tài)之后，量子計算機對輸出態(tài)進行一定的測量，給出計算結(jié)果。由此可見，量子計算對經(jīng)典計算作了極大的擴充，經(jīng)典計算是一類特殊的量子計算。量子計算最本質(zhì)的特征為量子疊加性和相干性。量子計算機對每一個疊加分量實現(xiàn)的變換相當(dāng)于一種經(jīng)典計算，所有這些經(jīng)典計算同時完成，并按一定的概率振幅疊加起來，給出量子計算的輸出結(jié)果。這種計算稱為量子并行計算，量子并行處理大大提高了量子計算機的效率，使得其可以完成經(jīng)典計算機無法完成的工作，這是量子計算機的優(yōu)越性之一。

4、量子計算機的應(yīng)用

量子計算機驚人的運算能使其能夠應(yīng)用于電子、航空、航人、人文、地質(zhì)、生物、材料等幾乎各個學(xué)科領(lǐng)域，尤其是信息領(lǐng)域更是迫切需要量子計算機來完成大量數(shù)據(jù)處理的工作。信息技術(shù)與量子計算必然走向結(jié)合，形成新興的量子信息處理技術(shù)。目前，在信息技術(shù)領(lǐng)域有許多理論上非常有效的信息處理方法和技術(shù)，由于運算量龐大，導(dǎo)致實時性差，不能滿足實際需要，因此制約了信息技術(shù)的發(fā)展。量子計算機自然成為繼續(xù)推動計算速度提高，進而引導(dǎo)各個學(xué)科全面進步的有效途徑之一。在目前量子計算機還未進入實際應(yīng)用的情況下，深入地研究量子算法是量子信息處理領(lǐng)域中的主要發(fā)展方向，其研究重點有以下三個方面；

（1）深刻領(lǐng)悟現(xiàn)有量子算法的木質(zhì)，從中提取能夠完成特定功能的量子算法模塊，用其代替經(jīng)典算法中的相應(yīng)部分，以便盡可能地減少現(xiàn)有算法的運算量；

（2）以現(xiàn)有的量子算法為基礎(chǔ)，著手研究新型的應(yīng)用面更廣的信息處理量子算法；

（3）利用現(xiàn)有的計算條件，盡量模擬量子計算機的真實運算環(huán)境，用來驗證和開發(fā)新的算法。

5、量子計算機的應(yīng)用前景

目前經(jīng)典的計算機可以進行復(fù)雜計算，解決很多難題。但依然存在一些難解問題，它們的計算需要耗費大量的時間和資源，以致在宇宙時間內(nèi)無法完成。量子計算研究的一個重要方向就是致力于這類問題的量子算法研究。量子計算機首先可用于因子分解。因子分解對于經(jīng)典計算機而言是難解問題，以至于它成為共鑰加密算法的理論基礎(chǔ)。按照Shor的量子算法，量子計算機能夠以多項式時間完成大數(shù)質(zhì)因子的分解。量子計算機還可用于數(shù)據(jù)庫的搜索。1996年，Grover發(fā)現(xiàn)了未加整理數(shù)據(jù)庫搜索的Grover迭代量子算法。使用這種算法，在量子計算機上可以實現(xiàn)對未加整理數(shù)據(jù)庫Ⅳ的平方根量級加速搜索，而且用這種加速搜索有可能解決經(jīng)典上所謂的NP問題。量子計算機另一個重要的應(yīng)用是計算機視覺，計算機視覺是一種通過二維圖像理解三維世界的結(jié)構(gòu)和特性的人工智能。計算機視覺的一個重要領(lǐng)域是圖像處理和模式識別。由于圖像包含的數(shù)據(jù)量很大，以致不得不對圖像數(shù)據(jù)進行壓縮。這種壓縮必然會損失一部分原始信息。

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量子計算的特性范文第3篇

量子密碼應(yīng)運而生

量子計算的原理與傳統(tǒng)計算機采用的原理有很大不同，傳統(tǒng)計算機采用單路串行操作，而量子計算機采用多路并行操作，它們運算速度的差異就如同萬只飛鳥同時升上天空與萬只蝸牛排隊過獨木橋的區(qū)別。

20世紀70年代，英國和美國最早開始對量子計算的研究。近年來，量子計算的理論和實踐都相繼取得重大進展，產(chǎn)生了多種新的量子算法，研制了多種量子計算機原型。

科學(xué)家預(yù)測，未來10～20年將研制成功103～104量子比特的大型量子計算機，其運算能力可以在幾分鐘內(nèi)破譯現(xiàn)有任何采用非對稱密鑰系統(tǒng)生成的密碼。

面對量子計算未來可能隨時“秒殺”傳統(tǒng)密碼的危險，科學(xué)家致力于尋找不基于數(shù)學(xué)問題，能有效抵抗量子計算攻擊的新型密碼體制。解鈴還須系鈴人，同樣基于量子信息技術(shù)的量子密碼應(yīng)運而生，成為對抗量子計算的“神器”。

又一個可能的“技術(shù)差”

二戰(zhàn)中，英國破譯德軍ENGMA密碼，獲知其即將轟炸考文垂市，但為保守德軍密碼已被破譯的秘密，英國斷然犧牲考文垂這個重要工業(yè)城市，不發(fā)出防空警報任由德軍轟炸；美軍在中途島海戰(zhàn)的勝利，以及擊落山本五十六座機等影響戰(zhàn)爭進程的重大事件，與其成功破譯日軍“紫密”有直接關(guān)系。一些專家們甚至估計，盟軍在密碼破譯上的成功至少使二戰(zhàn)縮短了8年。

當(dāng)前，戰(zhàn)場網(wǎng)絡(luò)已成為連接人與武器、武器與武器的技術(shù)紐帶，構(gòu)成了信息化軍隊的神經(jīng)中樞。偵察預(yù)警、指揮協(xié)同、武器控制、后勤保障等作戰(zhàn)活動均離不開網(wǎng)絡(luò)的支持。安全可靠的戰(zhàn)場網(wǎng)絡(luò)是保證自身作戰(zhàn)體系穩(wěn)定，在體系對抗中謀取勝勢的重要前提，而戰(zhàn)場網(wǎng)絡(luò)的安全又十分依賴于網(wǎng)絡(luò)通信密碼提供的“安全屏障”。

一個國家的軍隊一旦率先實現(xiàn)量子密碼和量子計算的武器化，并在戰(zhàn)爭中投入使用，將與對手形成巨大的“技術(shù)差”，在保持自身網(wǎng)絡(luò)通信絕對安全的同時，可隨時破譯對方網(wǎng)絡(luò)通信密碼，洞悉對手的一舉一動，從而占據(jù)絕對信息優(yōu)勢，甚至可以直接癱瘓和控制對方網(wǎng)絡(luò)，由此將置作戰(zhàn)對手于極為被動的不利地位，戰(zhàn)局可能出現(xiàn)“一邊倒”的情況。

以超常措施推進軍事應(yīng)用

意大利軍事家杜黑指出：“勝利只向那些能預(yù)見戰(zhàn)爭特性變化的人微笑，而不是向那些等待變化發(fā)生才去適應(yīng)的人微笑。”面對量子信息技術(shù)的機遇與挑戰(zhàn)，只有未雨綢繆，盡早規(guī)劃，提前部署，才能在未來戰(zhàn)爭中占據(jù)先機和主動，避免對手利用技術(shù)突然性陷我于被動。

目前，量子密碼已經(jīng)從實驗室演示性研究邁向?qū)嶋H應(yīng)用。發(fā)達國家軍隊已把量子信息技術(shù)作為引領(lǐng)未來軍事革命的顛覆性、戰(zhàn)略性技術(shù)。例如，美國防高級研究計劃局專門制定“量子信息科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃”、研發(fā)量子芯片的“微型曼哈頓”計劃等。美國正加速推進量子信息技術(shù)的實際應(yīng)用，美國白宮和五角大樓已安裝量子通信系統(tǒng)并已投入使用。英、法、德、日等國軍隊也相繼制定實施一系列發(fā)展量子信息技術(shù)的計劃。

量子計算的特性范文第4篇

量子通信，安全“大衛(wèi)士”

說起量子衛(wèi)星，就得先講講什么是量子。對一般人來說，“量子”一詞似乎有點深奧，難以理解。實際上，量子是組成物質(zhì)的基本單元，是能量不能再分割的最小單位。如，量子是光能量的最小單位，不存在“半個光子”。

量子通信的安全性，就是基于單個光子的不可分割性和量子態(tài)的不可復(fù)制性，從而保證了信息不被竊聽和不可破解的安全性。

量子通信絕對安全，還因為量子有兩個基本特性，即量子的疊加和量子糾纏。量子疊加，是指一個量子系統(tǒng)可以處在不同量子態(tài)的疊加態(tài)上。也就是說，任何一個干擾包括光照都會使量子改變狀態(tài)，即它剛才還在隨機蹦Q，忽然就停止不動了，變幻莫測。

著名的“薛定諤虐貓”理論就形象描述了這一現(xiàn)象：裝在盒子里的貓，在盒子沒打開時，貓可以同時既是活的又是死的，只有打開看才知道。這表明，量子狀態(tài)隨機變化，兩種狀態(tài)可疊加存在，這就是量子的疊加態(tài);量子糾纏，是指量子間具有像孫悟空和其分身那樣“心有靈犀”的功能，兩個量子無論相隔多遠，若對其中一個量子態(tài)做任何改變，另一個會立刻感受到，并做相應(yīng)的狀態(tài)改變，這就為遠距離同步傳遞不被破解的信息提供了可能性。

歐洲、美國、日本等國的科學(xué)家很早就對量子通信進行研究實驗，但由于種種原因而成效甚微。我國研究量子通信雖然起步較晚，于2011年才啟動量子衛(wèi)星研制計劃，然而在黨和國家極其重視和大力支持下，一舉獲得開創(chuàng)性的突破，成功地發(fā)射了“墨子號”量子衛(wèi)星，成為這一科技領(lǐng)域的領(lǐng)路者。

“墨子號”開創(chuàng)安全通信新時代

“墨子號”量子衛(wèi)星發(fā)射后，將實驗遠距離傳輸不可破解信息的方式，即衛(wèi)星升空后，其主要任務(wù)是建立一個量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)，并在太空中首次進行量子糾纏分發(fā)實驗，從而展現(xiàn)一種讓用戶免受最精明的竊聽者傷害的安全網(wǎng)絡(luò)，開創(chuàng)安全通信的新時代。

潘建偉院士是研制“墨子號”量子衛(wèi)星的領(lǐng)軍人物。20世紀80年代初，法國科學(xué)家阿蘭?阿斯佩首次用實驗證實了“量子糾纏”現(xiàn)象存在后，潘建偉于20世紀90年代赴量子力學(xué)創(chuàng)始人薛定諤的祖國奧地利留學(xué)，學(xué)習(xí)最先進、最完整的量子科學(xué)知識，奠定了其在量子科學(xué)方面的基礎(chǔ)。潘建偉學(xué)成回國后，很快就投入到量子通信方面的研究實驗。

2003年，潘建偉研究小組正式成立，主攻自由空間量子通信方面的研究。他們在實驗點制備出成對的糾纏光子，再利用專門設(shè)計加工的發(fā)射望遠鏡將容易發(fā)散的細小光束“增肥”后，向東西相距13千米的兩個實驗站發(fā)送。然后，實驗站的接收端用同樣型號的望遠鏡收集。實驗人員發(fā)現(xiàn)，在如此遠距離的傳送中，竟有許多糾纏光子“夫妻對”仍能保持相互糾纏狀態(tài)，其攜帶信息的數(shù)量和質(zhì)量完全能滿足基于衛(wèi)星的全球化量子通信的要求。

在國家的大力支持下，量子衛(wèi)星研制團隊經(jīng)過精心研究實驗，終于在2016年8月16日將我國研制的世界首顆量子衛(wèi)星成功發(fā)射。這次發(fā)射不僅使我國走到世界量子通信研究領(lǐng)域的最前沿，更重要的是，它使我們在獲得網(wǎng)絡(luò)安全“圣杯”（即令黑客無法滲透的數(shù)字通信系統(tǒng)）方面大大領(lǐng)先于全球競爭對手。

全球的量子通信網(wǎng)絡(luò)，起步

首顆量子衛(wèi)星上天，我國在國際上將率先實現(xiàn)高速星地量子通信，借助連接地面光纖量子通信網(wǎng)絡(luò)，初步構(gòu)成全球量子通信網(wǎng)絡(luò)。

據(jù)潘建偉院士透露，京滬干線大尺度光纖量子通信骨干網(wǎng)工程將于2016年下半年完工交付。該工程將構(gòu)建千公里級高可信、可擴展、軍民融合的廣域光纖量子通信網(wǎng)絡(luò)，并建成大尺度量子通信技術(shù)驗證、應(yīng)用研究和應(yīng)用示范研究平臺。

參與量子衛(wèi)星研制的奧地利科學(xué)家/潘建偉導(dǎo)師蔡林格強調(diào)說：“量子衛(wèi)星有助于信息傳遞者和接收者遠距離交換令信息無法破解的密鑰，而量子衛(wèi)星將首先同北京交換密鑰，今后還可在北京和維也納之間分發(fā)量子密鑰”，逐步構(gòu)筑成全球量子通信網(wǎng)絡(luò)。

值得慶賀的是，“墨子號”衛(wèi)星發(fā)射后一直表現(xiàn)很好，所有參數(shù)都已達標，有些甚至高于預(yù)期。“墨子號”衛(wèi)星發(fā)射升空一周時，中科院國家天文臺興隆觀測站觀測到罕見的紅、綠光束。人們形象地說，“墨子號”實現(xiàn)了天地“握手”， 這一觀測顯示“墨子號”可以正常通信聯(lián)系了。

量子通信，許你美好未來

目前，量子通信這一“永不被破解”的信息安全傳輸方式，已在市場上得以產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，如工商銀行等多家銀行率先試用量子通信加密技術(shù)。工商銀行通過國盾的量子加密技術(shù)，將數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)中心傳輸?shù)酵堑牧硪粋€機房內(nèi)。這樣做是因為通過設(shè)備產(chǎn)生量子密鑰，再對數(shù)據(jù)進行加密傳輸是不會被竊取的，這對金融數(shù)據(jù)傳輸非常必要。

早在2008年10月，中國科技大學(xué)通過實驗將合肥市內(nèi)的本校區(qū)、杏林苑、濱湖新區(qū)三個本不相干的點連接在一起。由于這三個點組成三節(jié)點可擴展的量子通信網(wǎng)絡(luò)，因而實現(xiàn)了全球首個量子保密電話系統(tǒng)建設(shè)，開創(chuàng)了量子通信網(wǎng)的先河。隨后，五節(jié)點，四十六節(jié)點，合肥、濟南城域網(wǎng)，“京滬”城際網(wǎng)……量子通信網(wǎng)在不斷擴張。

如今量子通信衛(wèi)星發(fā)射成功后，量子通信網(wǎng)絡(luò)如虎添翼，就能真正升到“廣域”“洲際”傳播，為信息保密傳輸開辟了“天地一體”的廣闊天地。預(yù)計今年12月貫通的量子通信京滬干線（總長2000多千米）建成后，將主要用于軍事、金融、政務(wù)等領(lǐng)域的信息安全傳輸。此外，媒體、大型企業(yè)、金融機構(gòu)等都可以成為量子通信用戶。量子通信關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)，初步形成構(gòu)建空地一體廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)體系的能力，并在全天時量子通信上取得突破。

量子通信的應(yīng)用前景美好，但普及應(yīng)用是逐步進行的，就像電話、手機的普及過程一樣。起初，量子通信會應(yīng)用于科學(xué)研究、國防、政務(wù)和金融等領(lǐng)域，之后才會在大眾中廣泛應(yīng)用。至于要讓每個人都能用上，估計需要10至15年。屆時，每個人的家里、手機上或許會有一個量子加密芯片，銀行轉(zhuǎn)款、電子賬戶等操作將不用擔(dān)心被盜用或者遭到攻擊。

量子計算機，有望走入現(xiàn)實

更引人注目的是，隨著對量子科學(xué)的深入研究和量子衛(wèi)星的成功發(fā)射，進一步促進了量子計算機的發(fā)展。

在“墨子號”發(fā)射前不久，中國科技大學(xué)量子實驗室成功研發(fā)出半導(dǎo)體量子芯片和量子存儲技術(shù)，取得了量子計算機研制的突破性進展。量子芯片用于計算機的邏輯運算和信息處理，被稱為計算機的“大腦”;有了量子存儲裝置，科學(xué)家利用它能實現(xiàn)超遠距離的量子信息傳輸。因此，該技術(shù)的突破特別振奮人心。

為什么要研制量子計算機？早在1981年，物理學(xué)家理查德?費曼就提出了此觀點：如果用傳統(tǒng)電子計算機模擬量子力學(xué)，那么微觀粒子的數(shù)量越多，計算量就越大，也就越不可能實現(xiàn)模擬。這種情況下要實現(xiàn)量子力學(xué)的模擬，就必須用和它的原理相同的方式。人們認為他的說法有道理，而且也得到事實的證明。于是，量子力學(xué)和計算機科學(xué)便開始結(jié)合，人們開始研究量子計算機了。

量子計算機優(yōu)勢大，關(guān)鍵在于它一個量子位可同時處于0和1兩個狀態(tài)，這是由量子疊加特性決定的。與此形成對比的是，傳統(tǒng)電子計算機中的晶體管一次只能處于0或1的狀態(tài)。如此一來，如果要進行海量運算量子計算機更合適。

因為，傳統(tǒng)電子計算機只能按時間順序來進行運算;而量子計算機能做到超并行運算，即它的N個量子位可同時表示2的N次方個狀態(tài)，數(shù)量呈指數(shù)增長。譬如，目前我國性能最強大的天河二號超級計算機需要100年才能處理的任務(wù)，一臺量子計算機只需0.01秒就能完成。

因而，量子計算機適用于龐大運算量的項目，如太空探測、核爆模擬、密碼破解、氣候變化、藥物研究和模擬復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)等。量子計算機對解決精確的天氣預(yù)報和大城市交通擁堵等難題，也能大顯身手，迎接挑戰(zhàn)。

現(xiàn)在量子計算機研制已露出希望的曙光，出現(xiàn)這種具有高超速運算能力的計算機已為時不遠。目前，中國科技大學(xué)研制的量子芯片已達到容錯計算的精度，但邏輯比特數(shù)量僅有3個，當(dāng)邏輯比特數(shù)量超過30個時，量子計算的性能將超越傳統(tǒng)計算機。看來，量子計算機由科幻變?yōu)楝F(xiàn)實已指日可待。

量子計算的特性范文第5篇

多年以前，高科技最牛的美國就已不把電子計算機列為高科技產(chǎn)品了。

但巨高性能計算機仍是信息時代的高科技標志物件之一。2012年諾貝爾物理學(xué)獎發(fā)給了法國人塞爾日·阿羅什和美國人大衛(wèi)·維恩蘭德，這兩位科學(xué)家的研究成果為新一代超級量子計算機的誕生提供了可能性。

惡搞一下：法國人浪漫，而簡稱美國人為美人，那么，浪漫人美人=？

文藝范兒的信息

不往濫俗里想，那么，答案就是很文藝化的表達了。其實，“信息”最初是相當(dāng)文藝范兒的，而不是20世紀中期才開始熱門起來的科技詞匯。

一般認為，中文的“信息”一詞出自南唐詩人李中《暮春懷故人》：“夢斷美人沉信息，目穿長路倚樓臺?！薄?“美眉音信消息全無啊，夢里也夢不到你，我獨自上樓倚欄，望眼欲穿望到長路盡頭也不見你?！边@么拙劣地意譯，也讓人感覺到深深的思念。

其實，在李中之前一百多年，與李商隱齊名的唐朝大詩人杜牧《寄遠》里就有“信息”了：“塞外音書無信息，道旁車馬起塵埃?！边€有比小杜更早的，唐朝詩人崔備的《清溪路中寄諸公》：“別來無信息，可謂井瓶沉。”

宋朝的婉約派大詞人柳永、李清照也用過“信息”這個詞。因金兵入侵而流離失所的李清照思念當(dāng)年安樂的故鄉(xiāng)，心理上把信息的價格定成了真正的天價：“不乞隋珠與和璧，只乞鄉(xiāng)關(guān)新信息?！薄昵暗奶扑沃袊涓呖萍茧m是世界第一，但信息技術(shù)還是跟現(xiàn)在沒法比的，要靠驛馬、鴻雁甚至人步行來傳遞信息，速度慢而效率低，信息珍貴啊。

在地球的西方呢？雖然香農(nóng)1948年就劃時代地把信息引為數(shù)學(xué)研究的對象，賦予其新的科學(xué)的涵義；至1956年，“人工智能”術(shù)語也出現(xiàn)了?？勺钤缬懻摂?shù)據(jù)、信息、知識與智慧之間關(guān)系的，卻是得過諾貝爾文學(xué)獎的大詩人艾略特（T. S. Eliot；錢鐘書故意譯為“愛利惡德”）。他在1934年的詩歌“The Rock”中寫道：

Where is the Life we have lost in living？

Where is the wisdom we have lost in knowledge？

Where is the knowledge we have lost in information？

Where is the information we have lost in data？

我們迷失于生活中的生命在哪里？

我們迷失于知識中的智慧在哪里？

我們迷失于信息中的知識在哪里？

我們迷失于數(shù)據(jù)中的信息在哪里？

盡管第四句是好事者后加的，但詩人還是直指本質(zhì)地提出了信息暴炸時代最困擾人的難題：如何不讓我們的生命和智慧都迷失在數(shù)據(jù)中？

量子計算機和量子信息技術(shù)，提供了一種讓生命和智慧不要淹沒在數(shù)據(jù)的海洋中的途徑、工具和可能。

量子與量子計算機

量子理論是現(xiàn)代物理學(xué)的兩大基石之一，為從微觀理解宏觀提供了理論基礎(chǔ)?？陀^世界有物質(zhì)、能量兩種存在形式，物質(zhì)和能量可以互相轉(zhuǎn)換（見愛因斯坦的質(zhì)能方程），量子理論就是從研究極度微觀領(lǐng)域物質(zhì)的能量入手而建立起來的。

我們知道，微觀世界中有許多不同于宏觀世界的現(xiàn)象和規(guī)則。經(jīng)典物理學(xué)理論中的能量是連續(xù)變化的，可取任意值，但科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)微觀世界中的很多物理現(xiàn)象無法解釋。1900年12月14日，普朗克在解釋“黑體輻射”時提出：像原子是一切物質(zhì)的構(gòu)成單元一樣，“能量子（量子）”是能量的最小單元，原子吸收或發(fā)射能量是一份一份地進行的。這是量子物理理論的誕生。

1905年，愛因斯坦把量子概念引進光的傳播過程，提出“光量子（光子）”的概念，并提出光的“波粒二象性”。1920年代，德布羅意提出“物質(zhì)波”概念，即一切物質(zhì)粒子均有波粒二象性，海森堡等建立了量子矩陣力學(xué)，薛定諤建立了量子波動力學(xué)，量子理論進入了量子力學(xué)階段。1928年，狄拉克完成了矩陣力學(xué)和波動力學(xué)之間的數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換，對量子力學(xué)理論進行了系統(tǒng)的總結(jié)，成功地將相對論和量子力學(xué)兩大理論體系結(jié)合起來，使量子理論進入量子場論階段。

“量子”詞源拉丁語quantum，意為“某數(shù)量的某事物”?，F(xiàn)代物理學(xué)中，某些物理量的變化是以最小的單位跳躍式進行的，而不是連續(xù)的，這個最小的基本單位叫做量子；或者說，一個物理量如果有不可連續(xù)分割的最小的基本單位，則這個物理量（所有的有形性質(zhì)）是“可量子化的”，或者說其物理量的數(shù)值會是特定的數(shù)值而非任意值。例如，在（休息狀態(tài)）的原子中，電子的能量是可量子化的，這能決定原子的穩(wěn)定和一般問題。

雖然量子理論與我們?nèi)粘＝?jīng)驗感覺的世界大不一樣，但量子力學(xué)已經(jīng)在真實世界應(yīng)用。激光器工作的原理，實際上就是激發(fā)一個特定量子散發(fā)能量?，F(xiàn)代社會要處理大量數(shù)據(jù)和信息，需要計算的機器（計算機）。量子力學(xué)的突破，使瓦格納等于1930年發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體同時有導(dǎo)體和絕緣體的性質(zhì)，后來才有了用于電子計算機的同時作為電子信號放大器和轉(zhuǎn)換器的晶體管，再有了集成電路芯片，今天的一個尖端芯片可集聚數(shù)十億個微處理器。

隨著計算機科技的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)能耗導(dǎo)致發(fā)熱而影響芯片集成度，限制了計算速度；能耗源于計算過程中的不可逆操作，但計算機都可找到對應(yīng)的可逆計算機且不影響運算能力。既然都能改為可逆操作，在量子力學(xué)中則可用一個幺正變換來表示。1969年，威斯納提出“基于量子力學(xué)的計算設(shè)備”，豪勒夫等于1970年代論述了“基于量子力學(xué)的信息處理”。1980年代量子計算機的理論變得很熱鬧。費曼發(fā)現(xiàn)模擬量子現(xiàn)象時，數(shù)據(jù)量大至無法用電子計算機計算，在1982年提出用量子系統(tǒng)實現(xiàn)通用計算以減少運算時間；杜斯于1985年提出量子圖靈機模型。1994年，數(shù)學(xué)家彼得·秀爾提出量子質(zhì)因子分解算法，因其可破解現(xiàn)行銀行和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中的加密，許多人開始研究實際的量子計算機。

在物理上，傳統(tǒng)的電子計算機可以被描述為對輸入信號串行按一定算法進行變換的機器，其算法由機器內(nèi)部半導(dǎo)體集成邏輯電路來實現(xiàn)，其輸入態(tài)和輸出態(tài)都是傳統(tǒng)信號（輸入態(tài)和輸出態(tài)都是某一力學(xué)量的本征態(tài)），存儲數(shù)據(jù)的每個單元（比特bit）要么是“0”要么是“1”，即在某一時間僅能存儲4個二進制數(shù)（00、01、10、11）中的一個。而量子計算機靠控制原子或小分子的狀態(tài)，用量子算法運算數(shù)據(jù)，輸入態(tài)和輸出態(tài)為一般的疊加態(tài)，其相互之間通常不正交，其中的變換為所有可能的幺正變換；因為量子態(tài)有疊加性（重疊）和相干性（牽連、糾纏）兩個本質(zhì)特性，量子比特（量子位qubit）可是“0”或“1”或兩個“0”或兩個“1”，即可同時存儲4個二進制數(shù)（00、01、10、11），實現(xiàn)量子并行計算（量子計算機對每一個疊加分量實現(xiàn)的變換相當(dāng)于一種傳統(tǒng)計算，所有傳統(tǒng)計算同時完成，并按一定的概率振幅疊加，給出量子計算機的輸出結(jié)果），從而呈指數(shù)級地提高了運算能力——一臺未來的量子計算機3分鐘就能搞定當(dāng)今世界上所有電子計算機合起來100萬年才能處理完的數(shù)據(jù)。用量子力學(xué)語言說，傳統(tǒng)計算機是沒有用到量子力學(xué)中重疊和牽連特性的一種特殊的量子計算機。從理論上講，一個250量子比特（由250個原子構(gòu)成）的存儲器，可能存儲2的250次方個二進制數(shù)，比人類已知宇宙中的全部原子數(shù)還多。而且，集成芯片制造業(yè)很快將步入16納米的工藝，而量子效應(yīng)將嚴重影響芯片的設(shè)計和生產(chǎn)，又因傳統(tǒng)技術(shù)的物理局限性，硅芯片已到盡頭，突破的希望在于量子計算。

量子世界的死貓活貓與粒子控制

喜好科技的文藝青年可能看過美劇《生活大爆炸》，其中有那只著名的“薛定諤貓”：一只被關(guān)在黑箱里的貓，箱里有毒藥瓶，瓶上有錘子，錘子由電子開關(guān)控制，電子開關(guān)由一個獨立的放射性原子控制；若原子核衰變放出粒子觸動開關(guān)，錘落砸瓶放毒，則貓死。薛定諤構(gòu)想的這個實驗，被引為解釋量子世界的經(jīng)典。而量子理論認為，單個原子的狀態(tài)其實不是非此即彼，或說箱里的原子既衰變又沒有衰變，表現(xiàn)為一種概率；對應(yīng)到貓，則是既死又活。若我們不揭開蓋子觀察，永遠也不知道貓的死活，它永遠處于非死非活的疊加態(tài)。

宏觀態(tài)的確定性，其實是億萬微觀粒子、無數(shù)種概率的宏觀統(tǒng)計結(jié)果。微觀粒子通常表現(xiàn)為兩種截然不同的狀態(tài)糾纏一起，一旦用宏觀方法觀察這種量子態(tài)，只要稍一揭開箱蓋，疊加態(tài)立即就塌縮了（擾破壞掉），薛定諤貓就突然由量子的又死又活疊加態(tài)變成宏觀的確定態(tài)。用實驗研究量子，首先要捕獲單個的量子。即若不分離出單個粒子，則粒子神秘的量子性質(zhì)便會消失。科學(xué)家們長期以來頭疼的是，未找到既不破壞量子態(tài)，又能實際觀測它的實驗方法，他們只能在頭腦中進行思想實驗，而無法實際驗證其預(yù)言。

而阿羅什和維恩蘭德的研究，發(fā)明了在保持個體粒子的量子力學(xué)屬性的情況下對其進行觀測和操控的方法，則可實證地說出薛定諤貓究竟是死貓還是活貓，而且為研制超級量子計算機帶來了更大可能，因為量子計算機中最基礎(chǔ)的部分——得到1個量子比特已獲成功。

光子和原子是量子世界中的兩種基本粒子，光子形成可見光或其他電磁波，原子構(gòu)成物質(zhì)。他們研究光與物質(zhì)間的基本相互作用，方法大同小異：維因蘭德利用光或光子來捕捉、控制以及測量帶電原子或者離子。他平行放置兩面極精巧的鏡子，鏡間是真空空腔，溫度接近絕對零度（約-273℃）。一個光子進入空腔后，在兩鏡面間不斷反射。阿羅什則通過發(fā)射原子穿過阱，控制并測量了捕獲的光子或粒子。他用一系列電極營造出一個電場囚籠，粒子像是被裝進碗里的玻璃球；然后用激光冷卻粒子，最終有一個最冷的粒子停在了碗底。阿羅什在捕獲單個光子后，引入了特殊的里德伯原子，作為觀測工具，從而得到光子的數(shù)據(jù)。維因蘭德向碗中發(fā)射激光，通過觀測光譜線而得到碗底粒子的數(shù)據(jù)。

2007年以來，加拿大、美國、德國和中國的科學(xué)家都說自己研制出了某種級別的量子計算機，但到今天卻仍無一個投入實用。光鐘更接近現(xiàn)實，因為可操控單個量子，就能按意愿調(diào)控量子的振蕩（相當(dāng)于鐘擺）頻率，越高越精；目前實驗的光鐘，若從宇宙產(chǎn)生起開始計時，至今只誤差5秒。光鐘可使衛(wèi)星定位和計算太空船的位置更精確……

神話般的量子信息技術(shù)

科幻作家克萊頓（著有《侏羅紀公園》、《失去的世界》等）在科幻小說《時間線》中，曾文藝化地描述量子計算，用了“量子多宇宙”、“量子泡沫蟲洞”、“量子運輸”、“量子糾纏態(tài)”、“電子的32個量子態(tài)”等讓常人倍感高深的說法。其中一些如今正在證實或變現(xiàn)。

如果清朝政府的通信密碼不被日本破譯，那么李鴻章后去日本談判時就很可能是另外一種結(jié)局，今天也不會有的問題了。目前世界的密碼系統(tǒng)大都采用單項數(shù)學(xué)函數(shù)的方式，應(yīng)用了因數(shù)分解等數(shù)學(xué)原理，例如目前網(wǎng)絡(luò)上常用的密碼算法。秀爾提出的量子算法利用量子計算的并行性，能輕松破解以大數(shù)因式分解算法為根基的密碼體系。量子算法中，量子搜尋算法等也能分分鐘攻破現(xiàn)有密碼體系?？烧f量子這種技術(shù)在現(xiàn)代軍事上的意義不亞于核彈。但同時，量子信息技術(shù)也將發(fā)展出一種理論上永遠無法破譯的密碼——量子密碼。

保密通信分為加密、接收、解密三個過程，密鑰的保密和不被破解至為關(guān)鍵。量子密碼采用量子態(tài)作為密鑰，是不可復(fù)制的，至少在理論上是無破譯的可能。量子通信是用量子態(tài)的微觀粒子攜帶的量子信息作為加密和解密用的密鑰，其密鑰安全性不再由數(shù)學(xué)計算，而是由微觀粒子所遵循的物理規(guī)律來保證，竊密者只有突破物理法則才有可能盜取密鑰（根據(jù)海森堡的測不準原理，任何測量都無法窮盡量子的所有信息）。而且量子通信中，量子糾纏態(tài)（有共同來源的兩個粒子存在著糾纏關(guān)系，似有“心靈感應(yīng)”，無論距離多遠，一個粒子的狀態(tài)發(fā)生變化，另一個粒子也發(fā)生變化，速度遠遠超過光速，一旦受擾即不再糾纏。愛因斯坦稱這種發(fā)生機理至今未解的量子糾纏為“幽靈般的超距作用”）被用于傳輸和保證信息安全，使任何竊密行為都會擾亂傳送密鑰的量子狀態(tài)，從而留下痕跡。