郭光灿:量子物理将改写信息技术进程

2006/10/13/9:47来源:中国科学院
    日前,“科学与中国”院士专家巡讲团来到四川,中国科学院院士郭光灿为四川大学师生作了题为《量子物理与信息技术》的报告。

    郭光灿介绍说,量子信息是量子物理与信息科学融合的新兴交叉学科,其发展极大地推动了对物理学基本理论及实验技术的研究,对国民经济、军事、国防安全等都有着直接而重大的影响,其诞生于上个世纪80年代,在90年代中期引起国际学术界的巨大兴趣,受到各国的高度重视。

    郭光灿介绍了量子态的特殊性质。他用了一幅漫画来形象地说明经典信息和量子信息的差异。“在一个雪地上,穿过一根树桩时,代表经典信息的滑雪者只能绕过,而代表量子信息的滑雪者则像魔术师一样直接穿过了。”他还用母亲自动升级为外婆的例子来说明两字的纠缠性。“’量子纠缠’是什么?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。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。”

    “因为量子信息技术基于量子特性,如量子相干性、非局域性、纠缠性、不可克隆性等,所以可以实现现有信息技术无法做到的新功能。例如,量子计算机可以加速某些函数的运算速度,攻破现有的密钥体系,量子因特网必须使用量子纠缠通道将通信节点连接成网络,它传送的是量子比特,可实现分布量子计算,将信息传输和处理融为一体,安全且可降低通信复杂度。量子密码可提供不可破译、不可窃听的保密通信等,有重要的应用价值。量子密钥分配可使用单个光子或者纠缠光子对在光纤或者自由空间中实现。”

    郭光灿介绍,当前实现量子计算的瓶颈在于如何研制含有数目巨大量子处理器的物理体系,它可有效地克服不可避免的消相干影响,又具有物理可扩展性。这个研究实质上是对人类操控量子世界能力的极大挑战。目前两种主要研究途径是固态量子计算和基于量子光学的量子计算。这项研究还将深化人类对量子物理的更深层次认识,揭示出新的物理规律。

    郭光灿还介绍了自己在量子信息技术领域的研究进展:在光纤量子密码网络项目上有所突破——发明并实现“量子路由器”,无需对量子信息进行测量即可实现自动寻址,现有技术水平可实现一个量子路由器可联系100多用户同时进行量子保密通信。

    郭光灿指出,量子信息技术可以突破现有信息技术的物理极限,为信息科学的发展提供新的原理和方法,21世纪信息科学将从“经典”时代跨越到“量子”时代。量子信息技术是后莫尔时代的重要新技术,将来有望形成QIT新产业,因而成为各国未来高技术的战略竞争焦点之一。 
















 

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