量子信息技术研究现状与未来

发布时间：2021-07-29 13:15

　　量子信息技术是量子力学与信息科学融合的新兴交叉学科,它的诞生标志着人类社会将从经典技术迈进到量子技术的新时代,本文将阐述量子信息技术的研究现状与未来.文中描绘了量子技术发展远景,即筑建各种类型的量子网络,包括量子云计算网络、分布式量子计算、量子传感网络和量子密钥分配网络等.量子计算机已从实验室的研究迈进到企业的实用器件研制,目前已发展到中等规模带噪声量子计算机（noisy intermidiate-scale quantum, NISQ）的阶段.在量子技术时代,没有绝对安全的保密体系,也没有无坚不摧的破译手段,信息安全进入"量子对抗"的新阶段. 

【文章来源】：中国科学:信息科学. 2020,50(09)北大核心CSCD

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【部分图文】：

(网络版彩图)量子网络

物理学家的研究结果并不影响当时摩尔定律的运行,多数学者甚至认为物理学家是杞人忧天.然而物理学家并未停止脚步,着手研究第2个问题:摩尔定律失效后,如何进一步提高信息处理的速度——即后摩尔时代提高运算速度的途径是什么?研究结果诞生了“量子计算”的概念.1982年美国物理学家Feynman指出[2],在经典计算机上模拟量子力学系统运行存在着本质性困难,但如果可以构造一种用量子体系为框架的装置来实现量子模拟就容易得多.随后英国物理学家Deutsch提出“量子图灵机”[3]概念,“量子图灵机”可等效为量子电路模型.从此,“量子计算机”的研究便在学术界逐渐引起人们的关注.1994年Shor[4]提出了量子并行算法,证明量子计算可以求解“大数因子分解”难题,从而攻破广泛使用的RSA公钥体系,量子计算机才引起广泛重视.Shor并行算法是量子计算领域的里程碑工作.进入21世纪,学术界逐渐取得共识:摩尔定律必定会终结[5].因此,后摩尔时代的新技术便成为热门研究课题,量子计算无疑是最有力的竞争者.量子计算应用了量子世界的特性,如叠加性、非局域性和不可克隆性等,因此天然地具有并行计算的能力,可以将某些在电子计算机上指数增长复杂度的问题变为多项式增长复杂度,亦即电子计算机上某些难解的问题在量子计算机上变成易解问题.量子计算机为人类社会提供运算能力强大无比的新的信息处理工具,因此称之为未来的颠覆性技术.量子计算机的运算能力同电子计算机相比,等同于电子计算机的运算能力同算盘相比.可见一旦量子计算得到广泛应用,人类社会各个领域都将会发生翻天覆地的变化.

给定问题及相关数据,科学家设计相应的量子算法,进而开发量子软件实现量子算法,然后进行量子编程将算法思想转化为量子计算机硬件能识别的一条条指令,这些指令随后发送至量子计算机控制系统,该系统实施对量子芯片系统的操控,操控结束后,量子测量的数据再反馈给量子控制系统,最终传送到工作人员的电脑上.图4 (网络版彩图)单双量子比特门


本文编号：3309391