【前沿评论】郭光灿院士：量子信息技术是人类发展的重要一环
来源：《中国科学报》 (2016-07-05 第6版 前沿)
作者：郭光灿院士，整理：记者 李惠钰
量子技术可以应用在量子模拟机、量子计算机、量子通信、量子密码、量子传感等多个领域。
量子力学诞生了一百多年，这是人类最成功的理论。因为有量子力学的诞生，我们才可能有激光、有半导体以及更多先进技术。实际上，量子力学已经在人类生活中发挥着重要作用。
但是，以前由量子原理产生的器件，包括激光、半导体都是经典器件，而量子信息技术是直接利用量子的性质研制出的量子器件，而不是经典器件。这个量子器件的功能要远远超越经典器件的物理极限，这就是量子信息技术带来的新时代的新技术。
实现量子计算机与量子通信为时尚早
量子力学的基本性质主要包含了三个方面：首先，量子力学是叠加状态，所以从信息本身开始就是量子化的；其次，量子具有非局域性，而体现了非局域性的纠缠态是量子信息里非常重要的应用；最后，量子具有不可克隆性。
量子计算机性能与电子计算机性能的对比，犹如电子计算机与算盘计算能力的对比。由于量子概率不确定性的特点，使计算机有望突破非0即1的二元限制，使计算机存储、计算能力等扩增，从而使IT、通信领域的软、硬件获得革命性进展。
量子计算机实际上跟电子计算机一样，都是要解函数，不同的是量子计算机的处理操作用的是量子芯片。电子计算机用电子芯片去串行运算，用量子芯片替代它就会并行运算，所以量子计算机的速度就是在量子性，即叠加性导致的并行运算能力，相应的软件、编程也都做出相应的变化。
对于量子计算机，国际和中国科技界做了不懈努力。2002年国际上就开始研究，现在已经做成了一个芯片的两个量子比特。虽然中国量子技术研究起步较晚，但近几年发展却非常迅速，在国际上有一定地位，目前中国已经做到了三个量子比特，四个比特也正在做。
与此同时，中国的量子储存器各种性能，如保真度，还有储存模式等，很多指标上都在国际上处于领先地位。“十三五”期间，量子通信也被划定为未来5年国家重点战略项目。
量子通信从学术上说是通过量子网络把量子信息传递过去。如果有两个量子网络，我们就可以构成联网，把所有的网络全连起来，就实现了一个量子云计算，这种功能将会比我们现在电子计算机为基础的计算网络功能要强得多。
不过由于量子计算机、量子通信在技术突破以及产业化上有着相当大的难度，因此这两项技术还需要长时间的探索与研究，难以在短时间内得以实现。
率先发力信息安全和传感器领域
量子信息技术可能会成为对人类带来最大冲击的新技术。量子技术可以应用在量子模拟机、量子计算机、量子通信、量子密码、量子传感等多个领域。相对于其他领域来说，量子技术将会率先在信息安全以及传感器领域得到应用。
量子信息出来以后，对现在的保密系统产生很大的挑战。首先，现在的保密系统是利用数学的复杂度来确保保密信息的安全性，一个数学的问题要被解了，它的安全也就被破解。
在安全方面，量子计算机还比较遥远，但是量子密码是现在就可以用的。量子密码即量子保密通信。量子保密通信的安全性不靠数学计算的难度，而是靠物理定律，靠量子力学的不确定、不可克隆的基本原理，因而理论上没法破解，从而比现行安全技术更为可靠。
目前，量子密码稳定性等基本问题都已经解决。在某些领域，我国已经进行量子安全的产业化实验，技术已经接近于成熟。不过，由于缺乏量子中继技术，量子安全还只能在一个城市的城域网使用。两个城市之间还不能用。目前各地正在大力推进智慧城市，量子密码在单个城市应用实现突破，已经开启了一个很大的市场。
另外，传感器利用量子信息，还可以很容易传感各种物理量，这个比现在的传感器不管是灵敏度、精度都有大幅度提高，而这也是在未来几年中将会面临到的量子技术的应用。
现在有温度传感器、压力传感器、磁场传感器，我们现在正在做一个纳米级的显微镜，这些都是当前前量子传感器领域的研究热点。
总之，量子信息技术将会是人类发展的重要一环。
（作者系量子信息领域专家、中国科学院院士，本报记者李惠钰根据其在第八届中国云计算大会上的发言整理）
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