量子信息

量子信息是以量子力学基本原理为基础，把量子系统「状态」所带有的物理资讯，进行计算、编码和信息传输的全新信息方式。
量子资讯最常见的单位是为量子位元（qubit）——也就是一个只有两个状态的量子系统。然而不同于古典数位状态（其为离散），一个二状态量子系统实际上可以在任何时间为两个状态的叠加态，这两状态也可以是本征态。

**基础**

**重大发现**
1927年，海森堡发现在测量粒子动量和位置的时候会导致h/4π的误差（两者误差相乘）。测量时位置的误差越小，动量的误差就会变得相当大。而h/4π就是这个误差的下限（也就是说两者误差的乘积大于等于h/4π）。这一结论最终被称作不确定性原理。
1935年，阿尔伯特·爱因斯坦、鲍里斯·波多尔斯基和纳森·罗森提出了爱因斯坦-波多尔斯基-罗森悖论，客观上揭示了量子纠缠现象。
1984年，查尔斯·贝内特（Charles Bennett）与吉勒·布拉萨（Gilles Brassard）提出一种量子密码分发协议，后被称为BB84协议。
1994年，数学家彼得·秀尔发现针对整数分解的秀尔演算法（Shor算法）。2001年，IBM使用NMR实做的量子计算机以及7个量子位元展示了秀尔演算法的实例，将15分解成3×5。

**相干特性**
EPR实验假设一个零自旋中性π介子衰变成一个电子与一个正电子，这两个衰变产物各自朝着相反方向移动，虽然彼此之间相隔一段距离，它们仍旧会发生量子纠缠现象。
由于量子相干性，量子比特在测量过程中会表现出与经典情况完全不同的行为。测量仪器与被测系统的相互作用会引起所谓的波包塌缩。这时相干性将被彻底破坏，即发生了所谓的量子退相干。量子纠缠是多比特系统特有的量子性质。两个比特的量子系统不仅有经典系统中的4种不同的状态，并且可以处在非平凡的双粒子相干叠加态（量子纠缠态）上，这构成了量子通讯的物理基础。

**领域**

**量子通信**
美国在2005年建成了DARPA量子网络，连接美国BBN公司、哈佛大学和波士顿大学3个节点。中国在2008年研制了20km级的3方量子电话网络。2009年构建了一个4节点全通型量子通信网络，大大提高了安全通信的距离和密钥产生速率，同时保证了绝对安全性。同年，“金融信息量子通信验证网”在北京正式开通，是世界上首次将量子通信技术应用于金融信息安全传输。2014年中国远程量子密钥分发系统的安全距离扩展至200公里，刷新世界纪录。2016年8月16日，中国发射一颗量子科学实验卫星「墨子号」，连接地面光纤量子通信网络，并力争在2030年建成20颗卫星规模的全通型量子通信网。

**量子计算**
量子计算机由包含有导线和基本量子门的量子线路构成，导线用于传递量子信息，量子门用于操作量子信息。
2015年5月，IBM在量子运算上取得两项关键性突破，开发出四量子位原型电路（Four Quantum Bit Circuit），成为未来10年量子电脑基础。另外一项是，可以同时发现两项量子的错误型态，分别为Bit-Flip（位元翻转）与Phase-Flip（相位翻转），不同于过往在同一时间内只能找出一种错误型态，使量子电脑运作更为稳定。2016年8月，美国马里兰大学学院市分校发明世界上第一台由5量子位元组成的可编程量子计算机。

**量子雷达**
量子雷达属于一种新概念雷达，是将量子信息技术引入经典雷达探测领域，提升雷达的综合性能。量子雷达具有探测距离远、可识别和分辨隐身平台及武器系统等突出特点，未来可进一步应用于导弹防御和空间探测，具有极其广阔的应用前景。根据利用量子现象和光子发射机制的不同，量子雷达主要可以分为三个类别：一是量子雷达发射非纠缠的量子态电磁波；二是量子雷达发射纠缠的量子态电磁波；三是雷达发射经典态的电磁波。2008年美国麻省理工学院的Lloyd教授首次提出了量子远程探测系统模型。2013年义大利的Lopaeva博士在实验室中达成量子雷达成像探测，证明其有实战价值的可能性。中国首部基于单光子检测的量子雷达系统由中国电科14所研制，中国科学技术大学、 中国电科27所以及南京大学协作完成。不过专家表示，量子雷达想要实现工程化可能还有比较漫长的路要走。

**量子博弈**
是Eisert等人在1999年提出的，游戏者可以利用量子规律摆脱所谓的囚徒困境，防止某一玩家因背叛而获利。

**参考来源**

**参考文献**
 Vlatko Vedral: Introduction to quantum information science. Oxford Univ. Pr., Oxford 2006, ISBN 0-19-921570-7- Dirk Bouwmeester: The physics of quantum information – quantum cryptography, quantum teleportation, quantum computation. Springer, Berlin 2001, ISBN 3-540-66778-4- Dieter Heiss: Fundamentals of quantum information – quantum computation, communication, decoherence and all that. Springer, Berlin 2002, ISBN 3-540-43367-8- Dagmar Bruss, Gerd Leuchs: Lectures on quantum information. Wiley-VCH, Weinheim 2007, ISBN 978-3-527-40527-5- Бауместер Д., Экерт А., Цайлингер А. Физика квантовой информации. М.: Постмаркет, 2002. 376 с. - Белокуров В. В., Тимофеевская О. Д., Хрусталев О. А. Квантовая телепортация — обыкновенное чудо. Ижевск: РХД, 2000. 172 с. - Нильсен М., Чанг И. Квантовые вычисления и квантовая информация. М.: Мир, 2006. 824 с. - Прескилл Дж. РХД, 2008. 464 с. ISBN 978-5-93972-651-1 - Холево А. С. Введение в квантовую теорию информации. М.: МЦНМО, 2002. 128 с. ISBN 5-94057-017-8 - Хренников А. Ю. Введение в квантовую теорию информации. М.: Физматлит, 2008. 284 с. ISBN 978-5-9221-0951-2 - Квантовая криптография: идеи и практика / под ред. С. Я. Килина, Д. Б. Хорошко, А. П. Низовцева. — Мн., 2008. — 392 с. - Kilin S. Ya. Quanta and information / Progress in optics. — 2001. — Vol. 42. — P. 1-90. - Килин С. Я. Квантовая информация / Успехи Физических Наук. — 1999. — Т. 169. — C. 507—527.  date=20180720014645  

**延伸阅读**
 Charles H. Bennett and Peter W. Shor, "Quantum Information Theory," IEEE Transactions on Information Theory, Vol 44, pp 2724–2742, Oct 1998-  Gregg Jaeger's book on Quantum Information(published by Springer, New York, 2007, 0-387-35725-4)-  Lectures at the Institut Henri Poincaré (slides and videos)- International Journal of Quantum Information date=20050204175104  World Scientific- Quantum Information Processing date=20110127121339  Springer- Michael A. Nielsen, Isaac L. Chuang,  "Quantum Computation and Quantum Information" date=20190103004941 - J. Watrous, The Theory of Quantum Information (Cambridge Univ. Press, 2018). Freely available at  date=20210413094757 - John Preskill, Course Information for Physics 219/Computer Science 219 Quantum Computation, Caltech  date=20190206230543 - Masahito Hayashi,  "Quantum Information: An Introduction" date=20210121093525 - Masahito Hayashi,  "Quantum Information Theory: Mathematical Foundation" date=20210121094122 - Charles H. Bennett, Peter W. Shor, "Quantum Information Theory"  date=20180108062605  10.1.1.89.1572- doi=10.1017/9781316809976.001- Vlatko Vedral,  "Introduction to Quantum Information Science" date=20200722062404 - bibcode=2012RvMP...84..621W

**参见**
信息论
*量子力学诠释
*量子计算机
*量子引力
*量子信息科学

**外部连接**
 Валиев К. А.  Квантовая информатика: компьютеры, связь и криптография date=20160305224541  Вестник РАН. Том 70. N.8. (2000) с.688-695.