量子科技發展趨勢

（四）量子信息技術

量子信息技術是量子物理與信息科學相結合而開發的一門綜合應用學科。量子信息的研究就是充分利用量子物理基本原理的研究成果,發揮量子相干特性的強大作用,探索以全新的方式進行計算、編碼和信息傳輸的可能性,為突破芯片極限提供新概念、新思路和新途徑。量子力學與信息科學結合,不僅充分顯示了學科交叉的重要性, 而且量子信息的最終物理實現, 會導致信息科學觀念和模式的重大變革。

1．量子通信

量子通信利用量子疊加態及糾纏效應，在經典通信輔助下，進行量子態信息傳輸或密鑰分發，在理論協議層面具有無法被竊聽的信息論安全性保證。量子通信的主要應用包括量子隱形傳態（QT）、量子密鑰分發（QKD）　、量子安全直接通信、量子秘密共享和量子密集編碼等方向。國際上第一顆量子科學實驗衛星“墨子號”于2016年8月成功發射如果說地面量子通信構建了一張連接每個城市、每個信息傳輸點的“網”，那么量子科學實驗衛星就像一桿將這張網射向太空的“標槍”。當這張縱橫寰宇的量子通信“天地網”織就，海量信息將在其中來去如影，并且“無條件”安全。

量子密鑰分發是利用單光子的量子態來加載信息，通過一定的協議來產生密鑰，量子力學的基本原理保證了密鑰的安全。量子保密的安全性是基于量子力學基本原理，和傳統的加密算法不一樣，它的安全性與計算復雜度無關，只要量子力學是正確的，量子保密通信原理上就是無條件安全的。

量子隱形傳態是利用量子糾纏（“傳送術”，最富有科幻色彩的應用），把量子態從一個粒子傳送到另外一個粒子，而不用傳送信息載體本身。做一個形象的比喻，上海有一個微觀客體，可以由幾千、幾萬個原子組成。如果上海和北京之間有很多的原子糾纏起來了，要把上海體系的狀態傳到北京，可以對上海的客體和糾纏原子進行一種共同的測量；測量完以后，可以把測量結果通過無線電臺發送到北京，北京只要根據這些結果對手中粒子進行相應的操作，就可以在北京把上海的體系重新給制備出來。對于量子信息研究而言，量子隱形傳態可以連接量子信息處理單元來構建量子網絡，同時也是實現遠距離量子密鑰分發的重要環節。