量子同信论文（共3篇）
篇1：量子同信论文
量子恒道网站统计（量子统计）取代原雅虎统计，无论对这事是什么态度及观点，毕竟这是不容置疑的事实，某些雅虎统计的用户会选择放弃，某些亦会无奈或欣喜地接受。作为无数的雅虎统计用户中的一员，我以观赏的态度仔细体验了量子恒道，感受如下：
第一印象：注册时无法预检测会员名是否可用
作为一个拥有庞大用户群的大站，居然注册页面没有自动检测会员名是否可用的功能，也不能手动查询会员员是否可用，只有当提交后才知道，这个问题不大不小，显得很不够体贴。
非常慷慨：会员名允许注册 admin、Admin、……
出于好奇，也为了测试一下，我注册了以下ID：china、CHINA、Admin，当时试了admin发现己存在，以为是保护了，后来才知道己被另一位好奇者抢先注册了。从这可看出，其系统对会员名并无足够的保护措施（过于慷慨了吧），同时是允许大小写的（有些隐患）。
当然，当官方发现这个失误后，已经直接删除了部分用户，附注如下（某些帖可能被删）：
会员admin发帖《请问我的账号合法吗》、ID被删除后发的帖《还我admin账号》
会员Admin出现这帖中《我来报个到》（查看无图版截图），此号也可能将会被删。
老实讲，这种事情比较少见，觉得有几分荒唐。另外，既然允许注册，怎可不通知就删除？…
莫名其妙：新用户也显示“更换统计代码提醒”和“未迁移页面”
如图所示，更换统计代码提醒，作用是提醒老用户及时更换代码。
如图所示，侧边栏有个“未迁移页面”是让老用户知道哪些页面未迁移。
但是，作为新注册的用户，无需更换无须迁移，也照样显示这些无关的东西干嘛？
功能比较：未发现新功能或改进
迁移到新域名，即使没有脱胎换骨的更进，多少还是盼望能够看到些新功能或更强大的功能，不过很可惜目前并没有发现，所有功能都是一样的，就是多了一项“未迁移页面”，
当然，或者本不应期待它有改进，因为这只是单纯的搬迁，并不是升级或改进。
另外，曾使用雅虎统计的原因之一是可以很方便地在“站点管理器”和“雅虎统计”两大功能间切换，但如今的量子恒道只是继承了雅虎统计（毕竟它只是统计），在这点上不具体优势了。
统计代码：图片式统计由 ystat.gif 转为 tongji.php
以前的图片式统计代码示例：img.tongji.cn.yahoo.com/123456/ystat.gif
现在的图片式统计代码示例：img.tongji.linezing.com/123456/tongji.php
虽然统计的效果并没什么本质区别，但扩展名 .php 比 .gif 在兼容性上有可能略差。
某些环境（注意只是某些）插入图片代码时通常是允许.gif , .jpg , .png 等常规的图片扩展名。
挥不去的阴影：稳定吗？永久吗？以后还会搬吗？……
通常在大风站注册时不会看注册协议，不过这次非常仔细地看了《服务条款》
如图所示，其中有几句是：量子统计有权不经事先通知，随时变更、中断或终止部分或全部的网络服务（包括收费网络服务）。尽管这可能是比较常见的条款，不过听起来就是很怪。
曾经，应该没谁怀疑“雅虎统计”这么大的名号是否会永久？现在用户却需要跟着搬迁。
那么，同样有理由顾虑这个新的事情以后又会如何？以后还有可能要更换代码吗？……
这或许是杞人忧天，却只因雅虎统计的劳师动众的搬迁事件给太多用户残留着阴影。
如果雅虎统计一直存在着，相信是很多用户的不二选择。而如今，难以找到很合适的了。
雅虎统计，一路走好！ 无数用户会衷心感谢你曾经提供的服务。
文章标题：量子恒道网站统计（量子统计）试用感受
链接地址：dickeydong.cn/liang-zi-tong-ji-shi-yong-gan-shou.html
篇2：量子特性与量子信息技术
关键词：量子态,量子信息技术,量子通信,量子计算,量子传感
0 引言
十九世纪末二十世纪初, 爱因斯坦创立了相对论, 海森堡、薛定谔等一些科学家创立了量子力学, 由此诞生了现代物理学。相对论和量子论成为现代物理学的两大支柱。量子信息是量子物理与信息技术相结合发展起来的新学科[1]。经典物质和微观粒子的本质差别在于微观粒子具有量子特性, 这些特性包括叠加性、不可克隆、相干性、纠缠性等。量子信息技术重点研究利用这些量子力学特性, 突破基于经典电动力学的信息系统的性能极限。量子信息技术主要包括量子通信技术、量子计算技术、量子成像技术、量子定位技术、量子传感技术等。由于量子信息技术具有经典信息无法比拟的优势和前景, 近年来受到广泛关注和发展。
1 量子态的基本特性
1.1 态叠加原理
1.2 相干性
相干性是态之间的关联性, 是指微观世界的量子态矢之间存在相互干涉。量子态利用其相干性保持其携带的量子信息。环境噪声的影响或测量会破坏量子相干性导致量子信息塌缩为经典信息, 即消相干[2]。
1.3 测不准原理
若两个力学量A和B不对易即AB≠BA, 则它们无法同时精确测量。力学量A和B在量子态|鬃〉下的不确定关系可以描述为
其中驻A和驻B分别为力学量A和B在|鬃〉中的不确定度, 而[A, B]=AB-BA为A与B的对易式。
由海森堡测不准原理可知, 如果将信息编码在一对非互易的物理量上, 接收者是无法将该信息完整的还原出来的, 测量某一个物理量时, 必会对另一个物理量产生扰动[3]。
1.4 不可克隆定理
不可克隆指未知量子态不可以被精确复制。不经过测量, 就不能得到量子系统的任何信息, 这就意味着要从非正交量子态中提取编码信息, 就必须对这些量子态进行破坏性测量。不可克隆定理使得窃听者无法采用克隆的手段获取私密信息, 它是量子协议安全性的重要保障。尽管精确复制未知量子态被不可克隆定理否决, 但概率克隆依然是可能的。量子不可克隆定理断言, 非正交态不可以克隆, 但它并没有排除非精确克隆即复制量子态的可能性。目前主要有两种克隆机:普适克隆机和概率克隆机[4]。
1.5 量子纠缠性
量子纠缠性是一种特殊的量子力学现象, 即对复合系统中的某个子系统测量的结果决定了剩余子系统的可能状态。量子纠缠态存在非定域的远距离关联, 相互纠缠的两个粒子无论被分离多远, 一个粒子状态的变化都会立即使得另一个粒子状态发生相应变化。
2 量子信息技术
2.1 量子通信技术
量子通信是指利用微观粒子 (一般为光子) 的量子态作为编码物理态, 进行信息传递的通信方式, 其特征是通信过程中的信息载体为物理系统的量子态。由于光子量子态不能被分割或复制, 在量子信道上传送的信息不可能被窃听、被截获、被复制, 量子通信具有安全性。利用量子纠缠态进行量子态隐形传输, 量子通信可实现无障碍通信的能力。广义的量子通信技术包含了量子隐形传态、量子密集编码、量子信息论、量子密码等研究分支。量子密码技术又包含量子安全直接通信 (QSDC) 、量子秘密共享 (QSS) 、量子公钥密码 (QPKC) 、量子密钥分发 (QKD) 等技术。
1984年, 美国IBM研究院的C.H.Bennett和加拿大蒙特利尔大学的G.Brassard首次提出了基于量子物理方法的密钥分发协议, 被称为BB84协议。BB84协议的提出标志着量子通信技术及量子密钥分发 (QKD) 技术的诞生。当前技术条件下, 文献资料中所谓量子通信技术通常指QKD技术, 迄今为止世界上几乎所有的“量子网络”都是指“量子密钥分发网络”。其余的量子通信技术的理论或实验基础尚不完备, 仍处于基础研究阶段。美国、欧盟和日本分别在基于自由空间和光纤信道的离散变量QKD技术、基于光纤信道的连续变量QKD技术、基于自由空间信道的纠缠光子对QKD技术上处于世界领先水平。从技术指标上来讲, 目前国际上QKD系统最远传输距离达300公里, 在通信距离为50公里条件下安全码率可达1Mb/s。市场上至少有三家公司销售商用QKD产品, 其中包括瑞士的ID Quantique公司, 美国的Magi Q公司和法国的Smart Quantum公司。2007年瑞士联邦选举中, 日内瓦政府信息部门采用了ID Quantique公司的商用QKD系统进行投票结果和网络保密处理。2010年, 南非世界杯安全信息服务也采用了该公司的商用QKD系统作为安全保障。
2.2 量子计算技术
量子计算是以量子力学原理为基础, 用二能级系统作为信息处理单元 (量子比特, qubit) , 通过对量子态的调控实现信息输入、信息处理及信息提取的并行计算方式。其核心在于以量子态来编码信息, 优势源于量子相干性引起的量子并行。在经典计算中, 基本信息单位为比特, 运算对象是各种比特序列。与此类似, 在量子计算中, 基本信息单位是量子比特, 运算对象是量子比特序列。所不同的是, 量子比特序列不但可以处于各种正交态的叠加态上, 而且还可以处于纠缠态上。从原理上讲, 经典计算是基于经典比特的非0即1的确定特征, 对输入信号序列按一定算法进行变换 (逻辑门操作) 的物理过程。而量子计算则是基于量子比特的|0>和|1>的相干叠加特征, 对可由量子叠加态描述的输入信号, 根据量子的算法要求, 进行量子逻辑门操作的幺正变换, 在得到输出态后, 进行测量得出计算结果。因此, 量子计算对经典计算作了极大的扩充。量子计算机不仅能克服特征尺寸减少引起的热耗效应和量子效应对现有计算机进一步发展的制约, 解决经典计算机制造中面临的摩尔定律失效问题, 而且能够突破经典计算极限, 满足计算速度不断提高的需求, 将成为下一代计算机发展重要方向[5]。
量子计算的基本理论模型已经得到实验验证, 国内外的研究人员正致力于集成更多量子位, 尽可能长时间的保持其量子特性, 以进行更多的量子逻辑门操作。2010年, 加拿大D-wave公司宣布研制成128个量子比特的超导绝热量子计算机。2011年, 奥地利因斯布鲁克大学利用离子阱实现了6个量子位, 并进行了数百个量子逻辑运算。此装置实际上已经可以看做可实现特定功能的专用量子计算机。2012年, IBM采用三维合金波导谐振腔, 使内置的超导量子位将量子态保持了100微秒, 理论上可以完成数百个量子逻辑门操作, 成功率达到95%以上, 展示了超导系统应用于量子计算的巨大潜力。
2.3 量子成像技术
量子成像是一种利用双光子复合探测恢复待测物体空间信息的一种新型成像技术。相对于传统光学成像技术中通过记录辐射场的光强分布从而获取目标的图像信息的方法, 量子成像则是通过利用、控制 (或模拟) 辐射场的量子涨落来得到物体的图像。由于经典电磁波成像技术建立在电磁波的确定性理论模型和经典信息论基础之上;而量子成像技术建立在光场的量子统计的不确定性理论模型之上。因此, 量子成像能够打破经典成像的探测系统量子噪声极限、成像系统分辨率衍射极限、奈奎斯特采样极限, 在成像探测灵敏度、分辨率和扫描成像速率上得到突破。
1995年, 美国马里兰大学史砚华小组首次在实验上实现了双光子纠缠源的“鬼”成像。1999年巴西Fonseca等人利用自发参量下转换产生的双光子态作光源, 观察到了双缝的亚波长干涉效应。鬼像以及鬼干涉实验的研究带动了量子成像的发展。2000年, Boto提出利用N个光子纠缠系统来做N个光子复合探测的量子刻录方案, 可以在不改变光波波长的情况下, 把光学系统的瑞利衍射分辨极限提高N倍。2004年, Bennink小组用经典光源证明了双光子“鬼”成像的实验。2008年, 美国国家标准和技术学院以及马里兰大学的联合研究团队首次实时捕获了被量子纠缠在一起的图像, 两幅在空间上分隔开的随机变动的图像, 但通过它们的互补功能被紧密链接在一起。
2.4 量子定位技术
量子定位技术是基于传统无线电导航定位系统的同步、信息传输、测距 (测角/测时差/测相差/测频差) 和解算 (位置/方向/姿态) 基本原理, 利用量子的纠缠和压缩特性实现超越经典测量中能量、带宽和精度的限制。根据理论分析量子定位技术在定位精度、安全性和抗干扰方面远优于无线电导航定位系统。理论计算表明, 量子定位系统 (QPS) 的定位精度至少是现有经典无线电导航定位系统的M*N倍 (M束光脉冲, 每束光脉冲包含N个光子) , 是经典光学测距的MN1/2倍。量子定位系统可很容易地解决保密通信和防窃听的问题。量子定位系统由于采用量子光信号, 不存在电磁干扰问题, 同时, 量子测不准性保证了噪声干扰的可检测性。
2001年美国麻省理工学院Vittorio Giovannetti博士带领的研究小组最早提出量子定位系统 (QPS) 概念。从理论上证实了量子压缩和量子纠缠时实现高精度量子定位的基础;通过利用脉冲内处于纠缠和压缩态的光子的个数, 可以提高距离测量的精度, 且压缩和纠缠的光子数越多, 对应的精度越高。此外, 还研究了量子纠缠源的制备, 时钟同步等问题, 并实现了基于纠缠双光子对的10米距离量子测距的桌面试验系统。2004年, 美国陆军研究实验室详细给出了采用基线干涉式QPS的构建方案。2008年美国陆军研究实验室正式将陆基QPS和采用地球近轨卫星的星载QPS研究成果申请专利, 对于星载QPS而言, 若忽略大气层效应, 对于地球的绝大多数区域而言, 优于1cm的定位精度是完全可能的, 而且可能会成为定义全球四维参考坐标系的主要系统。
2.5 量子传感技术
量子传感器是利用量子信号对环境变化的极高敏感性, 得到高灵敏度和测量精度的新型传感器。量子传感器可以观察到光子相位的微小变化, 并通过量子态的调控高度压缩光场固有的散粒噪声, 从而实现接近于海森堡测不准原理 (物理学要求的测量极限) 量级的观测。
量子传感技术中最成熟的研究领域是位移传感, 其最早被应用于美国的“干涉探测器” (LIGO) 寻找引力波存在的迹象, 该探测器可以探测10-18米量级的极微量位移, 甚至比光子本身的直径还小一千倍, 充分展示了量子传感器的巨大应用潜力。目前, 已相继开展量子激光陀螺、量子光纤扰动传感和量子光纤水听器等量子传感技术的理论研究[6]。美国国防先期研究计划局DARPA已经专门立项量子传感器的研究专题。2007年, 澳大利亚学者安德鲁·怀特小组制备了6光子以上的纠缠源。2010年, 来自意大利罗马大学的团队证明了存在损耗和噪声的干涉仪中也可以实现高精度的传感和测量, 探索了将量子技术应用于现场环境以实现远距离传感的可能性。
3 结语
量子信息技术是量子力学和信息科学相结合的一门快速发展的新型学科, 基于量子特性的量子信息技术在提高运算速度、确保信息安全、增大信息容量和提高检测精度等方面能够突破现有经典信息系统的极限。近年来量子信息在理论、实验和应用领域都取得重要突破, 随着信息时代的到来, 量子信息技术将越来越广泛的引起人们的关注, 将成为下一代信息技术的先导。
参考文献
[1]郭光灿.量子信息技术[J].重庆邮电大学学报 (自然科学版) , 2010, 10.
[2]何立宏.安全多方量子计算理论与应用研究[D].中国科学技术大学, 2013, 5.
[3]陆鸢.连续变量量子保密通信技术研究[D].上海交通大学, 2011, 12.
[4]肖.量子信息技术-量子密钥[J].湖北教育学院学报, 2005, 3.
[5]Arun G, Vivekanand Mishra, A Review on Quantum Computing and Communication, IEEE, 2014.
篇3：量子计算机与量子互联网
计算机由电子管计算机发展到晶体管计算机，再由晶体管计算机走向更高层次的量子计算机；互联网由电联网发展到光联网，再由光联网走向更高层次的量子联网。文章通过量子力学原理和量子“缠结”理论描述了量子计算机与量子互联网的概念，并介绍了量子计算机与量子互联网的研究情况。
关键词：
量子；缠结；计算机；互联网
ABSTRACT:
The computer has been developed at a tremendous pace from the vacuum tube computer to the transistor computer, and the more advanced Quantum Computer is expected to be invented in the near future. Developed from electronic networking, the optical networking is pacing towards the high-level quantum networking. Based on the principle of quantum mechanics and the tangle theory of quantum, the paper describes the concepts of quantum computer and quantum Internet, and also presents their research advances.
KEY WORDS:
Quantum; Tangle; Computer; Internet
人类技术进步总是在科学的幻想中发展，现在科学家们幻想着研制一种新型计算机，并建立一种新奇的网络。新型计算机采用量子作为工作的基础，计算速度超过当前任何的理论计算速度，这种计算机称为量子计算机；新奇的网络能够传输宇宙间最奇特的物质，其传输速度如同“心灵感应”，这种网络叫量子互联网，传输的奇特物质称为“缠结”信息。
量子计算机、量子通信技术是近十几年来发展起来的新技术，当前正处于从实验室走向实用的阶段。
1、量子计算机
计算机面世50多年来，性能提高了约10亿倍。在取得这一巨大成就的同时，也意味着按老的方式提升计算机性能的方法已快走到了尽头。人们寄希望于新的技术突破，量子力学和计算机理论相结合的产物——量子计算机由此应运而生。
1.1 量子与量子力学
1.1.1 量子
微观世界的某些物理量不能连续变化而只能取某些分立值，相邻两分立值之差称为该物理量的一个量子。普朗克在1900年研究黑体辐射时，首先发现了自然现象中的这种不连续的量子性质，并认为物质吸收或发射辐射能量时能量分化为量子的现象只是普遍自然规律中的一种。同某种场联系在一起的基本粒子可称为这一场的量子，其大小为hv(其中h为普朗克常数，v为辐射的频率)，例如电磁场的量子就是光子。每一种量子的数值都很小，所以在较大物体的运动中量子化效应不发生显著影响，各量犹如连续变化一样。但是，对电子、原子等微观运动来说，这种量子化效应就不能忽略，牛顿力学对它们已不适用，必须代之以量子概念发展起来的量子力学。
1.1.2 量子力学
自1897年发现电子是原子的组成粒子以后，物理学的中心问题之一就是探索原子内部的奥秘。人们逐渐弄清了原子的结构及其运动变化的规律，认识了微观粒子的波-粒二象性，建立了描述分子、原子等微观系统运动规律的理论体系——量子力学。量子力学已成为当代物理学理论中的一大支柱，有力地推动了一些学科和技术的发展。由于量子力学的理论和实验相当复杂，这里只将与本文相关的概念加以简介。
(1)普朗克量子假说
1900年普朗克发表能量子假说。普朗克假设：辐射物质中具有带电的线性谐振子(如分子、原子的振动可视作线性谐振子)，由于带电的关系，线性谐振子能够和周围的电磁场交换能量，这些谐振子与古典物理学中所说的不同，只可能处于某些特殊状态，在这些状态中，相应的能量是某一最小能量的整数倍。在能量观念上，普朗克的量子假说与物理学经典理论有着本质上的区别。在经典的热力学理论和电磁场理论中，能量是连续的，物体所发射或吸收的能量可以是任意的量值。按着普朗克的量子假说，能量是不连续的，存在着能量的最小单元(hv)，物体发射或吸收的能量必须是这个最小单元的整数倍，而且是一份一份地按不连续方式进行的。
(2)爱因斯坦光子假说
1905年，爱因斯坦在普朗克量子假说的基础上，进一步提出关于光的本性的光子假说。爱因斯坦认为：光不仅像普朗克已指出过的，在发射和吸收时，具有粒子性，而且光在空间传播时，也具有粒子性，即光是一粒一粒以光速C运动的粒子流，这些光粒子称为光量子，也称为光子，每一个光子的能量是e=hv(h是普朗克恒量，v是频率)，不同频率的光子具有不同的能量。光的能流密度S(即单位时间内通过单位面积的光能)决定于单位时间内通过单位面积的光子数n，频率为v的单色光的能流密度为S=nhv。
(3)光子的波-粒二象性
a. 光子的能量、质量和动量
每个光子的能量是e=hv，按照相对论的质量-能量关系式，每个光子的质量：
m=e/C2 =hv/C2
又因光子具有一定的运动质量和速度C，相应的光子也有动量：
mC=hv/C=h/λ
式中λ为波长。
b. 光子的波-粒二象性
由爱因斯坦光子假说可知，光不仅具有波动性，而且具有粒子性，关于光的波动性和粒子性相互并存的性质，称为波-粒二象性，光子的运动既可以用动量、能量来描述，也可用波长、频率来描述。在有些情况下，其粒子性表现突出些；在另一些情况下，又是波动性表现的突出些。
1.2 量子计算机
1.2.1 量子计算机的概念
在人类即将跨入21世纪之际，信息科学面临到新的挑战。计算机是否存在极限的运算速度？能否实现不可破译、不可窃听的保密通信？诸如此类的问题一直是数学家和电子技术专家们关注的重要课题。近年来，物理学家加入到这个研究行列中，他们成功地将量子理论和信息科学结合起来，提出许多令人耳目一新的概念、原理和方法，于是“量子信息”作为新兴的学科分支便应运而生。当前量子计算机、量子通信和量子密码术的研究已经成为热点，并取得重要进展，其中较为成熟的量子密码技术估计在5～10年内可实际应用。量子力学和计算机理论，这两个看起来互不相关领域的结合产生了一门新的学科：量子计算机。
支持现有计算机的半导体技术把电子视为粒子，作为其工作的基础。然而电子和光子一样具有波*9鄄粒二象性。当其活动空间较大时，的确可以把它当作粒子对待而忽略其波动性。一旦活动空间减小，例如，当集成电路线宽小于0.1 μm(目前已达到0.13 μm，3～5年后便可达到0.1 μm)时，其波动性质便不可忽略。当10年后，集成电路线宽降到0.07 μm甚至0.05 μm，即50 nm时，器件工艺将达到纳米数量级，现在的半导体器件原理就不再适用。纳米范围内的新器件，如单电子晶体管、量子器件、分子器件等，统称为纳电子器件。21世纪上半叶，纳电子器件将会逐步占领市场，其集成度和性能将成千上万倍地提高，届时，信息技术将从微电子时代发展到纳电子时代，所以说21世纪将是纳电子时代。由此引发的工作原理建立在量子力学基础上的计算机便是量子计算机，量子计算机将是纳电子时代的重要产品。
现有的电子计算机是以晶体管的“开”和“关”状态来表示二进制的0和1。以原子或分子为基本结构的量子计算机存储信息则基于量子位。也就是说，利用粒子的向上和向下自旋来分别代表0和1。
量子计算机的独特之处在于，处于量子状态的粒子能够进入“超态”，即同时沿上、下两个方向自旋。这一状态可代表1、0以及中间的所有可能数值。因此，量子计算机可以不像常规计算机那样按顺序把数值相加，而是能够同时完成所有数值的加法。这一特点使得量子计算机具有强大的功能。使用数百个串接原子组成的量子计算机可以同时进行几十亿次运算。
量子计算机突出的优点有两个。一是能够实现量子并行计算，加快解题速度。例如：现在计算机领域广泛使用的远地面告警等公开钥密系统，就是以巨大数的质因子分解极为困难作为前提而设计出来的。一个400位长的数字要对其进行因子分解，即使使用世界上最快的巨型机也要用10亿年时间，而人类的历史才仅仅300多万年。但若用量子计算机求解，有1年左右的时间便可完成。二是n个量子位可存储2n个数据，大大提高了存储能力。在现有计算机上，数据用二进制位存储，每位只能存储一个数据，非0即1。而在量子计算机中采用量子位存储，由于量子叠加效应，一个量子位可以是0或1，也可以既存储0又存储1。这就是说量子位存储的内容可以是0和1的叠加。由于一个二进制位只能存储一个数据，所以几个二进制位就只能存储几个数据。而一个量子位可以存储2个数据，所以n个量子位就可以存储2n个数据。这样，便大大提高了存储能力。量子计算机的弱点一是受环境影响大，二是纠错不容易。
科学家们指出，量子计算将始于“摩尔定律”终结处。按照著名的“摩尔定律”来推算，随着电路板蚀刻精度越来越高，中央处理器芯片上集成的晶体管器件越来越密，现有芯片制造方法将在未来10多年内达到极限，无法突破到分子以下的尺度。这一极限大约出现在2020年。为此，世界各国的研究人员正在加紧开发新型计算机。除量子计算机外，生物计算机和光计算机等也代表着未来计算机的发展方向。
科学家预言量子计算机将在5年内问世。量子计算机能利用粒子自旋的特殊性质，快速处理大量的信息，运算速度将大大超过现有电脑，并将采用新的运算方式解决传统计算机不能解决的一些问题，目前复杂的数学难题在量子计算机面前有可能迎刃而解。
1.2.2 量子计算机研究的进展情况
根据目前正在开发中的量子计算机看，量子计算机有3种类型：核磁共振(NMR)量子计算机、硅基半导体量子计算机、离子阱量子计算机。
(1)核磁共振量子计算机
在核磁共振量子计算机方面，美国麻省理工学院和英国牛津大学都开发出了自己的样机，前者叫“堆积式”量子计算机，后者叫“咖啡杯”计算机。
(2)硅基半导体量子计算机
硅基半导体量子计算机也取得了进展，已成功制成由两个称为量子箱的微细半导体微粒放在一起从而实现使两个原子共享电子的类似于分子键的人工分子，它作为今后实现量子计算机的一种基础技术，正受到人们的注意。因为它和现有计算机一样，都是建立在硅半导体技术基础上的，所以能够借鉴以往更多的成熟经验，因此也更具有吸引力。
(3)离子阱量子计算机
离子阱量子计算机则是把一系列自旋(基本粒子和原子核的属性之一，相当于它们固有的动量矩)为1／2的冷离子禁锢在线性量子势阱里，组成一个相对稳定的绝热系统。同核磁共振计算机不同，这种量子计算机由激光来实现自旋翻转的“控制非”操作。由于在这种系统中很容易在任意离子间实现n位量子门，所以具有光明的前景。
目前，美国国际商用机器公司(IBM)、斯坦福大学和卡尔加里大学科学家联合研制出了世界上最先进的量子计算机，并首次证明这类装置有明显快于常规计算机的运算潜力。领导该研究的IBM科学家伊萨克·张 2000年8月15日在宣布该成果时说，这种量子计算机使用了5个原子作为处理器和内存。研究人员对该量子计算机实验机型进行了测试，用它来确定一个函数的周期。测试结果发现，量子计算机能够只需一步就解决任何一个例题，而常规计算机完成相同的工作却需要多次循环运算。伊萨克·张认为，量子计算机有望应用于广泛的领域。用它来进行数据库检索，将会大大提高网上搜索速度。量子计算机也可被用来设置或破译密码，提高天气预报准确性，模拟化学反应以加快新药的研制等。他预测说，在今后两年中将诞生7～10个原子的量子计算机。
日本将在未来10年内投资400亿日元实施“量子通信技术”计划。研究课题包括无法破译的密码技术、量子通信所需要的超高速计算机和量子传输技术。计划在2020年—2030年前后使保密通信网络和量子通信网络技术达到实用化水平。
2、量子互联网
2.1 量子互联网的概念
建立一个产生、储存和传输“缠结”信息的网络，是向开发一种科学幻想家虚构的远距离传输系统迈出的第一步。利用这种“缠结”信息还能制造超快速量子计算机，并把它们连接成量子互联网，为互联网发展开辟新途径。
2.1.1 “缠结”信息
所谓“缠结”是指具有交互作用的粒子之间类似“心灵感应”的神奇连接，即使粒子分别位于宇宙空间遥远的两边，这种连接都能以极快的速度使其连接。“缠结”信息已经用于量子密码翻译、极小规模的量子计算和远距离传输等方面。
2.1.2 量子互联网
根据“缠结”的原理，可以将量子计算机连接起来，构成功能强大的量子互联网。如果“缠结”的信息能够通过量子互联网被瞬间传输到全球各个角落，那量子互联网将引发计算、通信和人类认识宇宙的新革命。
2.2 量子互联网的理论与研究进展
2.2.1 量子互联网的理论
实现量子互联网需要香浓理论的突破，所谓香浓理论是指贝尔实验室的香浓在1940年奠定的经典信息论的基础。香浓理论解决了任何通信信道的理论容量，即沿着通信信道能够可靠传输最大数量信息的问题，并阐述了有效传输信息的压缩技术。但是，香浓理论只应用于经典信息论，量子“缠结”信息的出现，使香浓理论面临新的问题，要求香浓理论有所突破，为量子互联网的发展开辟道路。目前需要解决量子信息奇特的脆弱性和量子“缠结”信息古怪特性的问题。
(1)量子信息的脆弱性
建立量子互联网面临的一个问题是量子粒子的脆弱性(容易丢失信息)，也就是说，只要能看到量子粒子，它就有了被破坏的可能性。这个问题不仅涉及能够存储的信息数量，而且还涉及能够检索的信息数量。解决这个问题的办法是测量量子，通过测量，掌握量子的变化特性。
(2)量子“缠结”信息的特性
经典信息论是“0”和“1”组成的序列，通过改变导线上的电压可以实现这种序列编码。在一定的电压电平之上是“1”，反之则是“0”。
量子粒子(如光子)中的部分信息的编码则具有完全不同的特点。光子在同一时间有两种或多种存在状态。例如：能够将光子的电场加以滤波，这样它就在一个特定的平面产生极化振荡。当振荡平面变成垂直极化时，此平面称为“0”，当振荡平面变成水平极化时，此平面称为“1”。然而，由于“量子叠加”，光子可能同时垂直和水平极化，可能同时为“0”和“1”。“缠结”粒子的奇妙之处在于测量一对粒子中的一个，便能确定另一个的测量结果，而不管这两个粒子相距多远。这种在时间和空间内魔术般地连接的两点，充分说明了“缠结”信息的含意，意味着“缠结”将会给未来的网络通信带来巨大的变化。
2.2.2 量子互联网的研究进展
1992年IBM公司和TelAviv大学的研究人员研究认为，“缠结”对量子信道的容量有极大的影响，目前发现至少可将信道容量提高一倍。这是因为在量子信道中传输的每个光子都可能有水平和垂直两种状态，所以把一对光子连接在一起，就可能变成4种状态。利用“缠结”技术，一个光子可以发送2位信息，从而使信道容量提高一倍。这种现象称为量子超密集编码。现在，应用“缠结”技术又有新进展，研究人员开始研究粒子3重“缠结”和4重“缠结”，能使粒子实现更多的组合状态，可以使量子信息以极快的速度通过互联网络。
但只有传输速度没有传输质量也不行。这种极快的信息传输速度要建立在纠正可能出现的错误之上。由于量子“缠结”状态是脆弱的，任何外力都可能产生破坏作用，以致许多物理学家误认为不可能可靠地传输量子信息。但是在最近，IBM和微软的两位研究人员对量子“缠结”状态的脆弱性问题提出了完善的解决方案，其解决方案是利用执行量子计算的软件来保护量子信息，使量子信息不会产生错误。
2.3 量子互联网的发展计划
1997年奥地利的因斯布鲁克大学的研究人员提出了第一个量子互联网计划。2000年3月美国麻省理工学院和马萨诸塞州林肯空军研究室的研究人员提出了更加接近实现量子互联网的设想。他们的设想是生成一对光子，并沿着2条光纤传输，即一个光子传输给甲地的研究人员，另一个传输给乙地的研究人员。甲乙两地的研究人员都拥有包含超冷却原子的激光俘获器，而原子能吸收光子。研究人员可以确定原子何时吸收光子而不会干扰它，并在原子吸收“缠结”的一对光子时检查甲乙两地研究人员能够同时发现吸收的光子。当确定原子确实吸收光子时，原子本身也就变成了“缠结”的粒子。当原子没有电荷时，它们不受电场和磁场的影响，这样就容易保护“缠结”的粒子不受外力的影响。美国陆军已向麻省理工学院的一项研究计划投资数百万美元，以加速量子互联网的研究开发。麻省理工学院发布了建立量子互联网的详细计划，并宣布现在建立量子互联网的技术已具备，该计划打算在3年内建成量子互联网，并首先在麻省理工学院建立3个节点。因此，业界人士分析，全球量子互联网的实现将指日可待。□
(收稿日期：2002-03-08)
作者简介
何淑贞，毕业于东北大学自动控制系，信息产业部第4研究所高级工程师。参加了960路、1 800路大型微波通信设备的研制工作(该项目获得国家科技二等奖)，还参加了有关CATV、MMDS、SDH等的项目研发工作，近年来致力于通信热门课题的探索。已在报刊及杂志上发表论文近百篇，著有《CATV与多媒体通信》一书。