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量子信息

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量子資訊是關於量子系統「狀態」所帶有的物理資訊。其中量子資訊最常見的單位是為量子位元(qubit)——也就是一個只有兩個狀態的量子系統。然而不同於古典數位狀態(其為離散),一個二狀態量子系統實際上可以在任何時間為兩個狀態的疊加態,這兩狀態也可以是本徵態

基础[编辑]

1927年,海森堡发现在测量粒子动量和位置的时候会导致h/4π的误差(两者误差相乘)。测量时位置的误差越小,动量的误差就会变得相当大。而h/4π就是这个误差的下限(也就是说两者误差的乘积大于等于h/4π)。这一结论最终被称作不确定性原理

1935年,阿爾伯特·愛因斯坦鮑里斯·波多爾斯基納森·羅森提出了愛因斯坦-波多爾斯基-羅森悖論,客观上揭示了量子纠缠现象。

1984年,查理斯·貝內特(Charles Bennett)與吉勒·布拉薩(Gilles Brassard)提出一种量子密码分发协议,后被称为BB84协议[1]

1994年,數學家彼得·秀爾發現針對整數分解秀爾演算法Shor算法)。2001年,IBM使用NMR實做的量子計算機以及7個量子位元展示了秀爾演算法的實例,將15分解成3×5[2]

领域[编辑]

量子通信[编辑]

美国在2005年建成了DARPA量子网络[3][4],连接美国BBN公司哈佛大学波士顿大学3个节点。中国在2008年研制了20km级的3方量子电话网络[5][6][7]。2009年构建了一个4节点全通型量子通信网络[8],大大提高了安全通信的距离和密钥产生速率,同时保证了绝对安全性[9][10][11][12]。同年,“金融信息量子通信验证网”在北京正式开通,是世界上首次将量子通信技术应用于金融信息安全传输。2014年中国远程量子密钥分发系统的安全距离扩展至200公里,刷新世界纪录[13]。2016年8月16日,中国发射一颗量子科學實驗衛星「墨子號」,連接地面光纖量子通信網絡[14][15],并力爭在2030年建成20顆衛星規模的全通型量子通信网

量子计算[编辑]

量子计算机由包含有导线和基本量子门的量子线路构成,导线用于传递量子信息,量子门用于操作量子信息[16]

2015年5月,IBM在量子運算上取得兩項關鍵性突破,開發出四量子位原型電路(Four Quantum Bit Circuit),成為未來10年量子電腦基礎。另外一項是,可以同時發現兩項量子的錯誤型態,分別為Bit-Flip(位元翻轉)與Phase-Flip(相位翻轉),不同於過往在同一時間內只能找出一種錯誤型態,使量子電腦運作更為穩定。[17]2016年8月,美国马里兰大学学院市分校发明世界上第一台由5量子位元组成的可编程量子计算机[18][19]

参见[编辑]

参考来源[编辑]

  1. ^ C. H. Bennett and G. Brassard. Quantum cryptography: Public key distribution and coin tossing (PDF). In Proceedings of IEEE International Conference on Computers, Systems and Signal Processing, (紐約). 1984, 175: 8. 
  2. ^ Vandersypen, Lieven M. K.; Steffen, Matthias; Breyta, Gregory; Yannoni, Costantino S.; Sherwood, Mark H. & Chuang, Isaac L., Experimental realization of Shor's量子factoring algorithm using nuclear magnetic resonance, Nature, 2001, 414 (6866): 883–887, doi:10.1038/414883a .
  3. ^ (英文)C. Elliott, “Building the quantum network”, New J. Phys. 4, 46 (2002).
  4. ^ (英文)C. Elliott, A. Colvin, D. Pearson, O. Pikalo, J.Schlafer, and H. Yeh, Current status of the DARPA Quantum Network, Quantum Information and Computation III, E. J. Donkor, A. R. Pirich, and H. E. Brandt, eds., Proc. SPIE 5815, 138--149 (2005).
  5. ^ T.-Y. Chen, H. Liang, Y. Liu, W.-Q. Cai, L. Ju, W.-Y. Liu, J. Wang, H. Yin, K. Chen, Z.-B. Chen, C.-Z. Peng, and J.-W. Pan, “Field test of a practical secure communication network with decoy-state quantum cryptography”, Opt. Exp. 17, 6540-6549 (2009). [1] 于2010年4月1日查阅
  6. ^ China creates quantum network. Physics World June 2009 p.11 (2009)
  7. ^ Quantum Phone Calls, Science 324, 568 (2009)
  8. ^ 潘建伟科研团队。[2]于2010年4月1日查阅
  9. ^ (英文)W.-Y. Hwang, “Quantum key distribution with high loss: toward global secure communication”, Phys. Rev. Lett. 91, 057901 (2003).
  10. ^ (英文)X.-B. Wang, “Beating the photon-number-splitting attack in practical quantum cryptography”, Phys. Rev. Lett. 94, 230503 (2005).
  11. ^ (英文)H.-K. Lo, X. Ma, and K. Chen, “Decoy state quantum key distribution”, Phys. Rev. Lett. 94, 230504 (2005).
  12. ^ 世界首个全通型量子通信网络落户中科大。《科技日报》,[3] 于2010年4月1日查阅
  13. ^ 中国量子密钥分发安全距离创纪录
  14. ^ 世界第一個量子衛星!中國7月首射掀起通訊新革命. ETtoday 新聞雲. 2016年5月26日 [2016-06-27]. 
  15. ^ 我国成功发射世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”. 2016-08-16 [2016-08-16]. 
  16. ^ 郭光灿.量子信息概论
  17. ^ [4],iThome新聞,2015年5月1日
  18. ^ 全球首台可编程量子计算机在美国诞生. 搜狐新聞. [2016-08-05]. 
  19. ^ Debnath, S.; Linke, N. M.; Figgatt, C.; Landsman, K. A.; Wright, K.; Monroe, C. Demonstration of a small programmable quantum computer with atomic qubits. Nature. 2016-08-04, 536: 63–66. doi:10.1038/nature18648 (英文).