量子信息连载——量子信息学的起源

当今时代是信息高速发展的时代，信息的快速处理，交换以及更大容量的存储已经成为制约社会科技发展的严重问题。曾经，半导体器件的发展对信息技术进步起过很关键的作用，为现代信息化社会打下了坚实的物质基础。计算机集成电路的集成度以及电路器件的微型化，直接决定了其计算能力。

著名的Moore定律告诉我们：集成度的日益提高必然要求电路板蚀刻精度的提高，其结果是芯片上的器件会越来越密集，电路线宽越来越窄，当电路线宽窄到不得不考虑电路中电子的波动性时即考虑电子的量子效应时，目前的半导体技术会走到终点。而且，从制造工艺来说,微处理器从微米量级进人到纳米量级”。此时器件的量子效应，开始起主导作用，经典物理的0、1二进制信息存储方式肯定将不再适用:从制造成本来说，制造新代集成电路芯片所需的设备成本投入每隔3年就按2的指数用子倍数进行增长，根据Moore定律可以推断2010年的生产成本投人将是1992年的50倍.即使全世界的半导体产业联合，也无法负担这么快的费金投入。既然现有的半导体器件技术即将走到其极限，是否有一种新型的计算机来代替或者弥补目前计算机的不足呢?在众多的新型计算机模型中(比如:生物计算机、光子计算机、分子计算机等),科学家们选择了量子计算机,其工作原理不同于传统的经典计算机，它是利用量子力学原理进行工作的。

科学家们设想利用微观粒子作为信息载体，研究信息的行为。微观粒子有波粒二象性,可以存在于空间的任何位置。目前的计算机一位存储器只能存储0或者1的信息(存储器有几位则仅能存储几个数)，量子存储器不但可以存储0或者1.还可以存储非0非1的信息即0和1的叠加，也就是说它同时存储了0和1(存储器有n位,它可以存储2^n个数)。因此,对于有n位存储器的量子计算机来说，一次量子操作可以同时处理2^n个数据,相当于传统计算机进行的2^n次操作,由此可见量子计算机高速处理数据的能力。

在量子密钥分布领城，相对经典密钥而言量子密钥在原则上可以获得绝对安全的通信。利用微观粒子的状态来表示的信息就是量子信息。量子信息的描述和处理必须遵循量子力学原理，反过来,在量子力学基础上研究信息的存储、传输和处理的学科就称为量子信息学。量子信息学是经典信息学和量子力学交会促成的学科，是为了满足当今信息发展应运而生的学科。

量子力学和信息科学之同的联系之所以能够得以建立，主要是因为人们发现一些量子系统的特性可以在现实中加以利用，如“量子测量将不可避免地引起量子系统的扰动”的特性可以被运用到密码学中，这就是量子密码学，Bennett、Wiesner和Brassard等都对其进行了详细的研究。对量子信息科学的深入认识是从1964年Bell对1935年Einstein、Podolsky和Rosen提出的EPR佯谬的分析开始的。