二、量子信息的特點(diǎn)三、量子通信四、量子計(jì)算機(jī)五、結(jié)束語一、引言信息科學(xué)在改善人類生活質(zhì)量和推動(dòng)社會(huì)文明發(fā)展中發(fā)揮著無可比擬和令人驚訝的作用，但在信息化的進(jìn)程中人類也面臨越來越嚴(yán)重的問題，如現(xiàn)今信息系統(tǒng)的處理能力已接近極限值的程現(xiàn)有的密碼體系是絕對(duì)安全的嗎？秘鑰的安全性是核心問題。所謂“絕對(duì)安全”是指能經(jīng)受化學(xué)定律所容許的功擊而不被破譯。明文明文加密變換變換秘鑰K秘鑰K現(xiàn)有計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速率能無限制地下降嗎？公開秘鑰RSA體系－基于“大數(shù)因子分解”這類無法估算的物理問題，并不是嚴(yán)格意義上的絕對(duì)安全。秘鑰可以克隆是密碼體系不安全的癥結(jié)。仍然在國際上廣泛應(yīng)用的兩大密碼算法MD5、SHA－1，近日宣布被王小云院長破解。2004年8月，王小云在國際密碼會(huì)議上首次宣布了對(duì)MD5、HAVAL－128、MD4和等四個(gè)知名密碼算法的破譯結(jié)果。2005年2月7日，日本國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院發(fā)表聲明，SHA－1沒有被擊潰，但是沒有足夠的理由懷疑它會(huì)很快被擊潰，開發(fā)人員在2010年前應(yīng)當(dāng)轉(zhuǎn)向更為安全的SHA－256和SHA－512算法。而僅僅在一周以后，王小云就宣布了破譯SHA－1的消息。諸這么類問題對(duì)現(xiàn)有信息技術(shù)提出嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
未來信息技術(shù)的持續(xù)發(fā)展要求開拓新的原理和技巧。量子熱學(xué)的奇妙特點(diǎn)量子熱學(xué)是20世紀(jì)初才誕生的量子計(jì)算和量子通訊，是近代數(shù)學(xué)學(xué)兩大支柱之一。精典熱學(xué)：宏觀物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。量子熱學(xué)：微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律——自然界的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。精典粒子特點(diǎn)：每時(shí)刻的位臵、速度完全確定，有確定的運(yùn)行軌跡，遵照牛頓熱學(xué)。精典的波特點(diǎn)：飽含整個(gè)空間，遵照精典電磁場理論。微觀粒子特性：同時(shí)具有粒子性和波動(dòng)性。構(gòu)想空間中有一個(gè)微觀粒子，任何時(shí)刻有可能在空間中任何點(diǎn)偵測到粒子（類似精典波的特點(diǎn)），但一旦偵測到只能在其中一個(gè)偵測器處發(fā)覺該粒子（類似精典粒子的特點(diǎn)）。A,B,C,…為偵測器多次入射（干涉現(xiàn)象）遵照量子熱學(xué)。微觀粒子一次入射精典粒子在某個(gè)時(shí)刻只能處于確定的化學(xué)狀態(tài)上；量子粒子則可以同時(shí)處于各類可能的化學(xué)狀態(tài)上（疊加態(tài)）。量子信息應(yīng)運(yùn)而生量子特點(diǎn)應(yīng)用到信息領(lǐng)域中可以發(fā)揮出奇特的功能，在提升運(yùn)算速率、確保信息安全、增大信息容量等方面可以突破現(xiàn)有的精典信息系統(tǒng)的極限，于是誕生了一門新興的交叉學(xué)科：量子信息科學(xué)——它是量子化學(xué)與信息科學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物。人們深信，信息技術(shù)的發(fā)展將從精典跨越到量子的時(shí)代。近些年來，量子信息在理論和試驗(yàn)研究上取得重要突破，造成各國政府、科學(xué)界、信息產(chǎn)業(yè)界的高度注重。
二、量子信息的特點(diǎn)自然界有三要素：物質(zhì)、能量和信息。相應(yīng)有三個(gè)學(xué)科：材料科學(xué)、能量科學(xué)和信息科學(xué)。何謂“信息”？——信息就是我們在適應(yīng)外部世界和控制外部世界的過程中，同外部世界進(jìn)行交換的內(nèi)容和名稱。“信息就是信息量子計(jì)算和量子通訊，既不是物質(zhì)，也不是能為全人類帶來更豐富的高科技成果。20世紀(jì)人類把量子熱學(xué)應(yīng)用于物質(zhì)科學(xué)和能源科學(xué)，造成了構(gòu)成當(dāng)代文明社會(huì)的高科技成果，如核能、半導(dǎo)體、激光等。21世紀(jì)人類將量子熱學(xué)應(yīng)用于信息科學(xué)，造成量子信息的誕生，這將量子信息與精典信息的根本區(qū)別精典信息二補(bǔ)碼0或1組成的數(shù)字串，其信息單元稱為“比特”，為0或則1。用量子的語言可描述為態(tài)量子信息微觀粒子容許同時(shí)處在兩個(gè)態(tài)上，這是其波粒二象性的結(jié)果。（疊加態(tài)）信息傳輸：量子態(tài)在量子通道中傳送信息處理(估算)：量子態(tài)幺正演變信息提取：量子檢測如，精典信息可以克隆，而量子信息是不可克隆的（量子不可克隆定律）。兩精典粒子分離后就不關(guān)聯(lián)，而兩量子粒子處于糾纏態(tài)（EPR粒子）時(shí)不論空間分離多開依然存在量子關(guān)聯(lián)，對(duì)其中一個(gè)粒子實(shí)施作用必然會(huì)影響另一個(gè)粒子的狀態(tài)。于是，獨(dú)特的量子性質(zhì)就可以形成新的信息功能。11、量子隱型傳態(tài)、量子隱型傳態(tài)（（））常年以來，這些隱型傳物無論用精典方式或量子方式都覺得是不可能的，只是“科學(xué)幻想”或“神話”而已。
1993年日本IBM的知名科學(xué)家等四個(gè)國家的六位科學(xué)家聯(lián)名在《s》上發(fā)表了一篇開創(chuàng)性論文：“經(jīng)由精典和EPR通道傳送未知量子態(tài)”，提出了一種方式可以將某個(gè)粒子的未知量子態(tài)知量子比特)傳送給遠(yuǎn)處的另一個(gè)粒子，使該粒子處在這個(gè)未知量子態(tài)上，而原本的粒子不被傳送，這就是所謂“量子隱型傳態(tài)”。EPR-量子隱型傳態(tài)原理圖為實(shí)現(xiàn)傳送某個(gè)物體的未知量子態(tài)，可將原物的信息分成精典信息和量子信息兩部份，基本思想它們分別經(jīng)由精典通道和量子通道傳送給接受者。量子信息是發(fā)送者在檢測中未提取的其余信息精典信息是發(fā)送者對(duì)原物進(jìn)行某種檢測而獲得的部份信息接受者在獲得這兩種信息以后，就可以制造出原物量子態(tài)的精確復(fù)制品。在這個(gè)過程中，原物仍然留在發(fā)送者處，被傳送的僅僅是原物的量子態(tài)，但是，發(fā)送者對(duì)這個(gè)量子態(tài)仍舊一無所知；接受者是將別的物質(zhì)單元(如粒子)制備成為與原物完全相同的量子態(tài)，他對(duì)這個(gè)量子態(tài)也仍然一無所知；原物的量子態(tài)在檢測時(shí)已被破壞掉——不遵守“量子不可克隆定律”；未知量子態(tài)(量子比特)的這些傳送，須要精典信道傳送精典信息(即發(fā)送者的檢測結(jié)果)，傳送速率不可能超過光速——不遵守相對(duì)論的原理。
1997年，法國學(xué)者(其第二作者為中國科技學(xué)院中學(xué)生)在《》上報(bào)導(dǎo)了第一個(gè)實(shí)現(xiàn)光子偏振光態(tài)隱型傳送的試驗(yàn)。該論文震驚了學(xué)術(shù)界和新聞界，后被《》評(píng)為20世紀(jì)最有影響的21篇精典論文之一；1998年，美國學(xué)者在s上發(fā)表了另一個(gè)光子隱型傳態(tài)的論文；1998年末，日本學(xué)者分別在《》和《》上報(bào)導(dǎo)新的試驗(yàn)。2、量子密集編碼量子密集編碼可以實(shí)現(xiàn)發(fā)送單個(gè)光子束傳輸兩個(gè)比特的信息。量子密集編碼原理圖特征：儲(chǔ)存量子信息，處理(運(yùn)算)量子信息。量子儲(chǔ)存器量子通道傳送量子信息。用途：開拓新的通訊原理和技巧。例：(1)網(wǎng)路量子密碼;(2)分布量子估算。2004日,世界上第一個(gè)量子密碼通訊網(wǎng)路在印度馬薩諸塞州劍橋城即將投入運(yùn)行。主持這套網(wǎng)路建設(shè)的是英國BBN技術(shù)公司。這個(gè)量子密碼通訊網(wǎng)路已成功地實(shí)現(xiàn)了該公司與耶魯學(xué)院之間的聯(lián)接,且很快就延展至波士頓學(xué)院。新的量子密碼通訊網(wǎng)路與現(xiàn)有因特網(wǎng)技術(shù)完全兼容,網(wǎng)路傳輸距離約為10千米。四、量子計(jì)算機(jī)精典量子可儲(chǔ)存0或1（一個(gè)數(shù)）可同時(shí)儲(chǔ)存0和1（兩個(gè)數(shù)）一個(gè)儲(chǔ)存器兩個(gè)儲(chǔ)存器可儲(chǔ)存00,01,10或11(一個(gè)數(shù))可同時(shí)儲(chǔ)存00,01,10,11(四個(gè)數(shù))N個(gè)儲(chǔ)存器精典：可儲(chǔ)存一個(gè)數(shù)（2個(gè)可能的數(shù)之中的一個(gè)數(shù)）量子：可同時(shí)儲(chǔ)存2個(gè)數(shù)因而，量子儲(chǔ)存器的儲(chǔ)存數(shù)據(jù)能力是精典的2且隨N指數(shù)下降。
比如，N=250,量子儲(chǔ)存器可同時(shí)儲(chǔ)存比宇宙中原子數(shù)量還要多的數(shù)據(jù)。估算是對(duì)數(shù)據(jù)的變換。精典計(jì)算機(jī)對(duì)N個(gè)儲(chǔ)存器運(yùn)算一次，只變換一個(gè)數(shù)據(jù)。量子計(jì)算機(jī)對(duì)N個(gè)儲(chǔ)存器運(yùn)算一次，同時(shí)變換2個(gè)數(shù)據(jù)。可見：對(duì)N個(gè)量子儲(chǔ)存器施行一次操作，其療效相當(dāng)于對(duì)精典儲(chǔ)存器進(jìn)行2次操作。這就是量子計(jì)算機(jī)的巨大并行運(yùn)算能力。采用合適的量子算法，這個(gè)能力可以大大地提升計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速率。量子信息作為新興交叉的學(xué)科而誕生，無疑是量子熱學(xué)的又一個(gè)輝煌成果，反過來也豐富了量子熱學(xué)的研究內(nèi)容，有力地促進(jìn)量子論的發(fā)展。信息時(shí)代的發(fā)展使得人類把微觀世界的量子理論運(yùn)用到信息技術(shù)這一高科技領(lǐng)域，因?yàn)槠渌俾士臁⒐牡汀?a href='http://m.njxqhms.com/redianxinxi/10493.html' title='Nature重磅：潘建偉團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)數(shù)十公里遠(yuǎn)程量子存儲(chǔ)器糾纏' target='_blank'>存儲(chǔ)能力大、計(jì)算能力強(qiáng)、保密性好以及其他古怪的性能，量子信息很有可能成為信息時(shí)代新的主宰，已經(jīng)導(dǎo)致了各國政府、軍事部門、金融銀行業(yè)以及企業(yè)的廣泛注重。量子信息的實(shí)現(xiàn)已不存在不可逾越的障礙，但在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)卻面臨嚴(yán)重困難，緣由是人類迄今仍未掌握制備、保持和操控宏觀尺度的量子客體的有效辦法，這也許是對(duì)人類智慧和能力的又一次挑戰(zhàn)，正是這些挑戰(zhàn)剌激著科學(xué)家巨大的研究熱情。all,Thankyou!