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量子信息

在量子力学中,量子信息(quantum information)是关于量子系统"状态"所带有的物理信息。通过量子系统的各种相干特性(如量子并行、量子纠缠和量子不可克隆等),进行计算、编码和信息传输的全新信息方式。

量子信息最常见的单位是为量子比特(qubit)--也就是一个只有两个状态的量子系统。然而不同于经典数位状态(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

量子信息学(quantum information science或quantum informatics)则是研究这方面问题的学问,简要来说是量子力学和信息学的交叉,主领域包括有:

■ 量子计算的抽象推演,以及量子计算机(量子电脑)方面的物理系统实践。

量子通信

量子密码学

量子是一个态.所谓态在物理上不是一个具体的物理量,也不是一个单位,也不是一个实体,而是一个可以观测记录的一组记录(也就是确定组不变量去测量另外一组量),但是这组记录可以运算.并可以求出某时刻对是已观测的纪录对比十分吻合.这个就是波动力学的基础.要解决量子信息.首先要在逻辑有一个多值逻辑理论,才能通过对于量子态对应于一个实体,也就是现在所谓的给量子的态赋给予实体的功能,这样就可以实现某些交换,也就是可以计算,只要这组态符合一定的条件,由波动力学,结论一定成立.这就是量子信息学的基础,如果一旦能找到符合理论的这些态,则计算能力将不是现有计算机的N信部题,而是的一0时计算的超量完成.对某个有限大的数组在量子态可以理论上是0时完成,也就是超距变换。这是量子信息学的研究动力。

根据摩尔(Moore)定律,每十八个月计算机微处理器的速度就增长一倍,其中单位面积(或体积)上集成的元件数目会相应地增加。可以预见,在不久的将来,芯片元件就会达到它能以经典方式工作的极限尺度。因此,突破这种尺度极限是当代信息科学所面临的一个重大科学问题。量子信息的研究就是充分利用量子物理基本原理的研究成果,发挥量子相干特性的强大作用,探索以全新的方式进行计算、编码和信息传输的可能性,为突破芯片极限提供新概念、新思路和新途径。量子力学与信息科学结合,不仅充分显示了学科交叉的重要性, 而且量子信息的最终物理实现, 会导致信息科学观念和模式的重大变革。事实上,传统计算机也是量子力学的产物,它的器件也利用了诸如量子隧道现象等量子效应。但仅仅应用量子器件的信息技术,并不等于是现在所说的量子信息。目前的量子信息主要是基于量子力学的相干特征,重构密码、计算和通讯的基本原理。

耶鲁大学研究人员成功开发出一种新方法,既可以观察量子信息,同时还能保持其完整性,这将给量子力学研究提供更大的控制权,以纠正随机错误,并将极大地提升量子计算机的发展前景。该研究结果发表在最新一期《科学》杂志上。

耶鲁大学应用物理与物理研究教授米歇尔和主要研究者弗雷德里克说:"盯着一个理论公式是一回事,能够真正控制一个量子对象是另一回事。这项实验是量子计算过程中必不可少的一次彩排,可以真正积极地理解量子力学。"

在量子系统中,信息是由量子比特来存储的。量子比特可以假定为"0"或"1"两个状态,这两个状态在同一时刻是叠加的。正确认识、解释和跟踪它们的状态对于量子计算非常必要。但通常情况下,监视量子比特会损害其信息内容。

新开发的这种非破坏性的测量系统可以观察、跟踪和记录一个量子位所有状态的变化,同时保持量子比特的信息价值。研究人员说,原则上,这将允许其监视量子比特的状态,以纠正随机错误。

米歇尔说:"具有与量子比特对话的能力,并且听到它在告诉你什么,这就是关键所在。量子计算机一个主要问题是量子比特存储的信息'寿命'有限,并持续衰减,所以必须予以纠正。"

弗雷德里克说:"只要你知道过程中发生了什么错误,就可以修正。这些错误基本上是可以撤消的。"

该研究团队现在可以成功地测量一个量子比特,未来面临的挑战是一次测量和控制更多的量子比特。他们正在开发基于此目的的超高速数字电子技术。

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