量子通信是借助量子糾纏效應進行信息傳遞的一種新型的通信方法。
量子離物傳態(又稱量子隱型傳態)是這些新型的通信方法的原理演示。因為量子糾纏代表的關聯依賴于對兩個糾纏的粒子之一檢測哪些,直接通過量子糾纏不能傳遞物體的全部信息。并且,我們卻可以構想這樣的量子通信過程:將某物體待傳遞量子態的信息分成精典和量子兩個部份,它們分別經由精典通道和量子通道傳送給接收者。精典信息是發送者對原物進行某種檢測而提取的,量子信息是發送者在檢測中未提取的大量信息;接收者在獲得這兩種信息后,就可以制備出原先量子態的完全復制品。該過程中傳送的僅僅是該物體的量子態量子通訊的原理,而不是該物體本身。發送者甚至可以對這個待傳量子態一無所知,而接收者則能將他持有的粒子處于原物體的量子態上。
借助這些量子糾纏特點,和其他5位來自不同國家的科學家等在1993年提出了演示這些量子通信的量子離物傳態()方案:通過在精典信道中送2個比特的信息破壞空間某點的量子態,可以在空間不同點制備出一個相同的量子態.要強調的是,一般的離物傳態()描述了這樣一種奇妙的、有點象懸疑小說的場景:某人忽然消失掉,而在遠處莫明其妙地突顯下來。等人的量子離物傳態方案具體描述如下:
構想Bob要將他持有的粒子B的未知量子態|u>=a|0>+b|1>傳給遠方的持有粒子A的Alice.他可以操控他持有的粒子B和由BBO型量子糾纏源分發給來的粒子S。因為量子糾纏源形成了粒子A和粒子S的量子糾纏態|ERP>,Bob對粒子B和粒子S的聯合檢測結果(依賴于對A和S的4個Bell基的分辨)量子通訊的原理,會造成Alice持有的粒子A塌縮到一個與|u>相聯系的狀態|u’>=W|u>上,其中幺正變換W完全由Bob對粒子A和粒子S的聯合檢測結果的2個比特精典信息決定,而與待傳的未知量子態無關。Bob將即己測到的結果,通過精典通道(打電話、發傳真或e-mail等)告訴Alice。遠方的Alice就曉得粒子A早已塌縮到|u’>上.選定合適的么正變換W+,Alice便可以將粒子A制備在|u>上了。
量子計算機
從原理上講,精典估算可以被描述為對輸入訊號序列按一定算法進行變換(邏輯門操作)的化學過程。基于精典比特的非0即1的確定特點,精典算法是通過精典計算機(或精典圖靈機)的內部邏輯電路加以實現的.而量子估算,則是基于量子比特的既|0>又|1>相干疊加特點,對可由量子疊加態描述的輸入訊號,依照量子的算法要求,進行稱作“量子邏輯門操作”的幺正變換.這是一個被人為控制的、以輸入態為初態的量子化學演變過程。對末態—輸出態進行量子檢測,給出量子估算的結果.顧名思義,所謂的量子計算機()就是實現這些量子估算過程的機器。
量子計算機的概念最早始于二十世紀六、七十年代對克服煤耗問題的可逆計算機的研究.計算機芯片的發熱,影響芯片的集成度,因而大大限制了計算機的運行速率.關于“能耗形成于估算過程中的不可逆操作”的發覺表明,盡管數學原理并沒有限制煤耗的下限,但必須將不可逆操作改建為可逆操作,能夠大大提升芯片的集成度。直觀地說,當電路集成密度很大時,Δx很小時,Δp都會很大,電子不再被禁錮,還會出現量子化學所描述的量子干涉效應,進而破壞傳統計算機芯片的功能。對于現有的傳統計算機技術,量子熱學的限制其實是一個不可逾越的障礙。只有量子熱學中的幺正變換,能夠真正地實現可逆操作。從理論觀念的角度講,量子估算的看法與日本知名化學學家R.“不可能用傳統計算機全面模擬量子熱學過程”的想法直接相關。在此基礎上,1985年,加拿大牛津學院的D.初步探討了量子圖靈機的概念,但是強調了量子圖靈機可能比精典圖靈機具有更強悍的功能。1995年,Shor提出了大數因子化量子算法,并有其他人演示了量子估算在冷卻離子系統中實現的可能性,量子計算機的研究才弄成化學學家、計算機專家和物理家共同關心的交叉領域研究課題。
量子并行性是量子估算的關鍵所在。顯而易見,描述有2個比特的量子計算機,須要4個系數數字;描述n個量子比特的量子計算機就須要2n個系數數字。諸如,假如n等于50,那就須要大概1015個數來描述量子計算機的所有可能狀態。其實n減小時所有可能狀態的數量將迅速弄成一個很大的集合,但因為態疊加原理,量子計算機操作—幺正變換才能對處于疊加態的所有份量同時進行。這就是所謂的量子并行性。因為這一奇妙的內稟并行性,一臺量子計算機僅僅靠一個處理器才能夠很自然地同時進行特別多的運算。典型的量子估算有Shor的大數因子化和的數據庫量子搜索。