郭光燦：量子信息技術(shù)是人類(lèi)發(fā)展的重要一環(huán)

　　量子力學(xué)誕生了一百多年，這是人類(lèi)最成功的理論。因為有量子力學(xué)的誕生，我們才可能有激光、有半導體以及更多先進(jìn)技術(shù)。實(shí)際上，量子力學(xué)已經(jīng)在人類(lèi)生活中發(fā)揮著(zhù)重要作用。

　　但是，以前由量子原理產(chǎn)生的器件，包括激光、半導體都是經(jīng)典器件，而量子信息技術(shù)是直接利用量子的性質(zhì)研制出的量子器件，而不是經(jīng)典器件。這個(gè)量子器件的功能要遠遠超越經(jīng)典器件的物理極限，這就是量子信息技術(shù)帶來(lái)的新時(shí)代的新技術(shù)。

　　實(shí)現量子計算機與量子通信為時(shí)尚早

　　量子力學(xué)的基本性質(zhì)主要包含了三個(gè)方面：首先，量子力學(xué)是疊加狀態(tài)，所以從信息本身開(kāi)始就是量子化的;其次，量子具有非局域性，而體現了非局域性的糾纏態(tài)是量子信息里非常重要的應用;最后，量子具有不可克隆性。

　　量子計算機性能與電子計算機性能的對比，猶如電子計算機與算盤(pán)計算能力的對比。由于量子概率不確定性的特點(diǎn)，使計算機有望突破非0即1的二元限制，使計算機存儲、計算能力等擴增，從而使IT、通信領(lǐng)域的軟、硬件獲得革命性進(jìn)展。

　　量子計算機實(shí)際上跟電子計算機一樣，都是要解函數，不同的是量子計算機的處理操作用的是量子芯片。電子計算機用電子芯片去串行運算，用量子芯片替代它就會(huì )并行運算，所以量子計算機的速度就是在量子性，即疊加性導致的并行運算能力，相應的軟件、編程也都做出相應的變化。

　　對于量子計算機，國際和中國科技界做了不懈努力。2002年國際上就開(kāi)始研究，現在已經(jīng)做成了一個(gè)芯片的兩個(gè)量子比特。雖然中國量子技術(shù)研究起步較晚，但近幾年發(fā)展卻非常迅速，在國際上有一定地位，目前中國已經(jīng)做到了三個(gè)量子比特，四個(gè)比特也正在做。

　　與此同時(shí)，中國的量子儲存器各種性能，如保真度，還有儲存模式等，很多指標上都在國際上處于領(lǐng)先地位。“十三五”期間，量子通信也被劃定為未來(lái)5年國家重點(diǎn)戰略項目。

　　量子通信從學(xué)術(shù)上說(shuō)是通過(guò)量子網(wǎng)絡(luò )把量子信息傳遞過(guò)去。如果有兩個(gè)量子網(wǎng)絡(luò )，我們就可以構成聯(lián)網(wǎng)，把所有的網(wǎng)絡(luò )全連起來(lái)，就實(shí)現了一個(gè)量子云計算，這種功能將會(huì )比我們現在電子計算機為基礎的計算網(wǎng)絡(luò )功能要強得多。

　　不過(guò)由于量子計算機、量子通信在技術(shù)突破以及產(chǎn)業(yè)化上有著(zhù)相當大的難度，因此這兩項技術(shù)還需要長(cháng)時(shí)間的探索與研究，難以在短時(shí)間內得以實(shí)現。

　　率先發(fā)力信息安全和傳感器領(lǐng)域

　　量子信息技術(shù)可能會(huì )成為對人類(lèi)帶來(lái)最大沖擊的新技術(shù)。量子技術(shù)可以應用在量子模擬機、量子計算機、量子通信、量子密碼、量子傳感等多個(gè)領(lǐng)域。相對于其他領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，量子技術(shù)將會(huì )率先在信息安全以及傳感器領(lǐng)域得到應用。

　　量子信息出來(lái)以后，對現在的保密系統產(chǎn)生很大的挑戰。首先，現在的保密系統是利用數學(xué)的復雜度來(lái)確保保密信息的安全性，一個(gè)數學(xué)的問(wèn)題要被解了，它的安全也就被破解。

　　在安全方面，量子計算機還比較遙遠，但是量子密碼是現在就可以用的。量子密碼即量子保密通信。量子保密通信的安全性不靠數學(xué)計算的難度，而是靠物理定律，靠量子力學(xué)的不確定、不可克隆的基本原理，因而理論上沒(méi)法破解，從而比現行安全技術(shù)更為可靠。

　　目前，量子密碼穩定性等基本問(wèn)題都已經(jīng)解決。在某些領(lǐng)域，我國已經(jīng)進(jìn)行量子安全的產(chǎn)業(yè)化實(shí)驗，技術(shù)已經(jīng)接近于成熟。不過(guò)，由于缺乏量子中繼技術(shù)，量子安全還只能在一個(gè)城市的城域網(wǎng)使用。兩個(gè)城市之間還不能用。目前各地正在大力推進(jìn)智慧城市，量子密碼在單個(gè)城市應用實(shí)現突破，已經(jīng)開(kāi)啟了一個(gè)很大的市場(chǎng)。

　　另外，傳感器利用量子信息，還可以很容易傳感各種物理量，這個(gè)比現在的傳感器不管是靈敏度、精度都有大幅度提高，而這也是在未來(lái)幾年中將會(huì )面臨到的量子技術(shù)的應用。

　　現在有溫度傳感器、壓力傳感器、磁場(chǎng)傳感器，我們現在正在做一個(gè)納米級的顯微鏡，這些都是當前前量子傳感器領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

　　總之，量子信息技術(shù)將會(huì )是人類(lèi)發(fā)展的重要一環(huán)。