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转:“量子计算机”解密

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安徽新闻网11月5日电 潘建伟、郭光灿、杜江峰等一批科学家云集中国科学技术大学,他们的努力使得中国在量子计算的世界地图上牢牢地占有一席之地。随着量子密码技术的产业化,以及量子计算的重大突破,量子计算机将不再神秘,量子信息时代离我们越来越近。
     有趣的量子理论
     ●量子论的一些基本论点显得并不“玄乎”,但它的推论显得很“玄”。我们假设一个“量子”距离也就是最小距离的两个端点A和B。按照量子论,物体从A不经过A和B中的任何一个点就能直接到达B。换句话说,物体在A点突然消失,与此同时在B点出现。除了神话,你无法在现实的宏观世界找到一个这样的例子。量子论把人们在宏观世界里建立起来的“常识”和“直觉”打个了七零八落。
     ●薛定谔猫是关于量子理论的一个理想实验。实验内容是:这只猫十分可怜,它被封在一个密室里,密室里有食物有毒药。毒药瓶上有一个锤子,锤子由一个电子开关控制,电子开关由放射性原子控制。如果原子核衰变,则放出α粒子,触动电子开关,锤子落下,砸碎毒药瓶,释放出里面的氰化物气体,猫必死无疑。这个残忍的装置由奥地利物理学家埃尔温·薛定谔所设计,所以此猫便叫做薛定谔猫。量子理论认为:如果没有揭开盖子,进行观察,我们永远也不知道猫是死是活,它将永远处于非死非活的叠加态,这与我们的日常经验严重相违。
     2009年,中国安徽,注定会在世界量子信息史上写下浓墨重彩的一笔:5月初,潘建伟教授研究小组宣称,在合肥建成世界上首个光量子电话网,标志着绝对安全的量子通信由实验室走进日常生活。5月中旬,郭光灿院士研究小组在芜湖市建成的世界上第一个“量子政务网”投入试运行。10月底,杜江峰教授领导的小组在国际权威杂志《自然》上发表提高电子自旋相干时间的研究成果,奠定室温使用量子计算机基础,为量子计算机面世又扫除一大障碍。量子密码技术的产业化,量子计算的重大突破,使得量子信息时代离我们越来越近。
     “时空隧道”有望成真
     《封神演义》中的土行孙,会突然消失,一转眼又从别的地方冒出来……这些只是科幻电影和神话中才会出现的场景。现实生活中能找到这样的奇妙隧道,让我们真正实现瞬间转移吗?量子信息学的发展,无疑一步步为人类铺就这样一条从幻想走向现实的道路。将粒子从一个地方瞬间转移到另一个距离遥远的地方,好像穿越了“时空隧道”,量子态隐形传输实现了这一现实生活中不能理解的现象。
     量子态隐形传输的实现是依据量子信息学中的“纠缠”现象。 “纠缠”现象,曾被爱因斯坦称为“遥远地点间幽灵般的相互作用”。郭光灿院士说,“量子纠缠”,就像一个母亲和她的女儿,分别住在中国和美国。在美国的女儿怀孕了,当她生孩子的一瞬间,哪怕远隔千山万水,不用电话通知,远在中国的母亲就顺理成章地变成了外婆。
     “量子纠缠”是一种非常奇怪的性质,两个粒子无论分开多远,对其中一个粒子操纵或者作用,必将影响另一个粒子的态。但由于在量子通信通道中存在种种不可避免的环境噪声,量子态隐形传输的品质会随着传送距离的增加而逐渐降低,也就是说,两个粒子之间的纠缠会因传播距离的增大而不断退化,其纠缠数量也会随之越来越少。这导致量子通信手段目前只能停留在短距离应用上。
     1997年,中国科学技术大学教授潘建伟等首次完成的单光子量子态隐形传输,这是量子信息发展的一个里程碑。近几年,潘建伟团队又实现两粒子复合系统量子态隐形传输等实验。到了量子信息时代,一些物质的传递或许会比孙悟空的筋斗云速度还快,眨眼之际就有可能到百万里之外。



IP属地:广东1楼2010-10-14 08:49回复

         量子计算速度超快
         量子计算机用一个电子而不是几十亿个电子来表示一个比特。根据量子力学原理,一个电子不一定非得在“这里”或“那里”,它可以既在这里也在那里。如此一来,量子计算机运用的就是并行计算,而非现在的计算机的线行计算,能够提高计算效率。杜江峰教授介绍说,以分解500位的自然整数为例,目前最快的计算机需要用几十亿年才能完成,而用量子计算机一分钟就可以解决。一旦量子计算机横空出世,这一“利剑长矛”将攻破现有计算机全部密码体系。
         计算都需要时间,量子计算机也不例外。量子计算的时间长短取决于量子的相干性。相干性保持时间越长,量子计算机就可以处理复杂程度更高、难度更大的信息。杜江峰研究小组最近成功地把一种叫丙二酸材料里的电子自旋的相干时间从不足二千万分之一秒提高到了近三万分之一秒,这为用固态材料研制出能在室温下使用的量子计算机奠定基础。
         与传统的计算机相比,量子计算机体积更小,一个超高速的量子计算机可以放在口袋里。装备量子计算机的人造卫星,直径可以从数米减小到数十厘米。目前,量子计算机正处于开发研制阶段。科学家们认为,随着毫微技术的进步和量子隐形传输等技术的发展,量子计算机研制步伐会加快。
         量子通信永不泄密
         “如果量子计算机是‘利剑长矛’,那量子密码技术就是抵御它的一面‘盾牌’。 ”郭光灿教授告诉记者,量子密码提供了一种不可窃听、不可破译的新一代密码技术。
         量子态不能被精确克隆,量子通信方式不可窃听、无法破解,因为依据量子力学的测量原理,任何窃听者在信息传输过程中截取或测量,都会改变它们的状态,从而被实时发现。如果通信过程中输出码和最终码的误码率为零,就能证明该次通信完全保密。进入量子信息时代,信息交流真正能够做到“你知、我知、天知、地知”。
         研制出量子密码,在现有的通信系统传输时携带这一不可窃听、不可破译的技术,成为当前量子通信的趋势。今年5月,潘建伟教授研究小组在合肥建成世界上首个光量子电话网,郭光灿院士研究小组在芜湖市建成的世界上第一个“量子政务网”投入试运行,它们都标志着绝对安全的量子通信由实验室走进日常生活。
         量子通信产业化进展非常顺利,这一方面是因为人们应对量子计算机攻击性的未雨绸缪,另一方面是目前的通信系统不安全所致。手机通话要通过卫星,设置多个大型地面接收站,就能大量截获手机、传真机和互联网等传输的信息,手机泄密问题目前困扰世界各国,量子技术则能实现完全保密的通信。
         量子密码能够确保保密通信的绝对安全吗? “从理论上讲,就是如此,要想破译量子密码,成功窃密,除非推翻整个量子力学体系。 ”郭光灿院士说,“当然,实际的系统若无法达到理想的状态,实用量子密码系统仍会有漏洞,窃听者依然有机可乘,只不过信息安全领域的争斗会从目前的‘电子对抗’进入到’量子对抗’的新阶段! ”
    


    IP属地:广东2楼2010-10-14 08:49
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