郭光燦：實現(xiàn)量子計算機與量子通信為時尚早

　　■郭光燦

　　量子力學誕生了一百多年，這是人類最成功的理論。因為有量子力學的誕生，我們才可能有激光、有半導體以及更多先進技術。實際上，量子力學已經在人類生活中發(fā)揮著重要作用。

　　但是，以前由量子原理產生的器件，包括激光、半導體都是經典器件，而量子信息技術是直接利用量子的性質研制出的量子器件，而不是經典器件。這個量子器件的功能要遠遠超越經典器件的物理極限，這就是量子信息技術帶來的新時代的新技術。

　　實現(xiàn)量子計算機與量子通信為時尚早

　　量子力學的基本性質主要包含了三個方面：首先，量子力學是疊加狀態(tài)，所以從信息本身開始就是量子化的;其次，量子具有非局域性，而體現(xiàn)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計算能力的對比。由于量子概率不確定性的特點，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、通信領域的軟、硬件獲得革命性進展。

　　量子計算機實際上跟電子計算機一樣，都是要解函數(shù)，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年國際上就開始研究，現(xiàn)在已經做成了一個芯片的兩個量子比特。雖然中國量子技術研究起步較晚，但近幾年發(fā)展卻非常迅速，在國際上有一定地位，目前中國已經做到了三個量子比特，四個比特也正在做。

　　與此同時，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先地位。“十三五”期間，量子通信也被劃定為未來5年國家重點戰(zhàn)略項目。

　　量子通信從學術上說是通過量子網(wǎng)絡把量子信息傳遞過去。如果有兩個量子網(wǎng)絡，我們就可以構成聯(lián)網(wǎng)，把所有的網(wǎng)絡全連起來，就實現(xiàn)了一個量子云計算，這種功能將會比我們現(xiàn)在電子計算機為基礎的計算網(wǎng)絡功能要強得多。

　　不過由于量子計算機、量子通信在技術突破以及產業(yè)化上有著相當大的難度，因此這兩項技術還需要長時間的探索與研究，難以在短時間內得以實現(xiàn)。

　　率先發(fā)力信息安全和傳感器領域

　　量子信息技術可能會成為對人類帶來最大沖擊的新技術。量子技術可以應用在量子模擬機、量子計算機、量子通信、量子密碼、量子傳感等多個領域。相對于其他領域來說，量子技術將會率先在信息安全以及傳感器領域得到應用。

　　量子信息出來以后，對現(xiàn)在的保密系統(tǒng)產生很大的挑戰(zhàn)。首先，現(xiàn)在的保密系統(tǒng)是利用數(shù)學的復雜度來確保保密信息的安全性，一個數(shù)學的問題要被解了，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(xiàn)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(shù)學計算的難度，而是靠物理定律，靠量子力學的不確定、不可克隆的基本原理，因而理論上沒法破解，從而比現(xiàn)行安全技術更為可靠。

　　目前，量子密碼穩(wěn)定性等基本問題都已經解決。在某些領域，我國已經進行量子安全的產業(yè)化實驗，技術已經接近于成熟。不過，由于缺乏量子中繼技術，量子安全還只能在一個城市的城域網(wǎng)使用。兩個城市之間還不能用。目前各地正在大力推進智慧城市，量子密碼在單個城市應用實現(xiàn)突破，已經開啟了一個很大的市場。

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

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

　　總之，量子信息技術將會是人類發(fā)展的重要一環(huán)。