量子信息

量子信息最常見的單位是為量子比特(qubit)——也就是一個只有兩個狀態的量子系統。然而不同於經典數位狀態（其為離散），一個二狀態量子系統實際上可以在任何時間為兩個狀態的疊加態，這兩狀態也可以是本徵態。

量子是一個態．所謂態在物理上不是一個具體的物理量，也不是一個單位，也不是一個實體，而是一個可以觀測記錄的一組記錄（也就是確定組不變數去測量另外一組量），但是這組記錄可以運算．並可以求出某時刻對是已觀測的紀錄對比十分吻合．這個就是波動力學的基礎．要解決量子信息．首先要在邏輯有一個多值邏輯理論，才能通過對於量子態對應於一個實體，也就是現在所謂的給量子的態賦給予實體的功能，這樣就可以實現某些交換，也就是可以計算，只要這 組態符合一定的條件，由波動力學，結論一定成立．這就是量子信息學的基礎，如果一旦能找到符合理論的這些態，則計算能力將不是現有計算機的N信部題，而是的一0時計算的超量完成．對某個有限大的數組在量子態可以理論上是0時完成，也就是超距變換。這是量子信息學的研究動力。

根據摩爾（Moore）定律，每十八個月計算機微處理器的速度就增長一倍，其中單位面積（或體積）上集成的元件數目會相應地增加。可以預見，在不久的將來，晶元元件就會達到它能以經典方式工作的極限尺度。因此，突破這種尺度極限是當代信息科學所面臨的一個重大科學問題。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，發揮量子相干特性的強大作用，探索以全新的方式進行計算、編碼和信息傳輸的可能性，為突破晶元極限提供新概念、新思路和新途徑。量子力學與信息科學結合，不僅充分顯示了學科交叉的重要性, 而且量子信息的最終物理實現, 會導致信息科學觀念和模式的重大變革。事實上，傳統計算機也是量子力學的產物，它的器件也利用了諸如量子隧道現象等量子效應。但僅僅應用量子器件的信息技術，並不等於是現在所說的量子信息。目前的量子信息主要是基於量子力學的相干特徵，重構密碼、計算和通訊的基本原理。

耶魯大學研究人員成功開發出一種新方法，既可以觀察量子信息，同時還能保持其完整性，這將給量子力學研究提供更大的控制權，以糾正隨機錯誤，並將極大地提升量子計算機的發展前景。該研究結果發表在最新一期《科學》雜誌上。

耶魯大學應用物理與物理研究教授米歇爾和主要研究者弗雷德里克說：“盯著一個理論公式是一回事，能夠真正控制一個量子對象是另一回事。這項實驗是量子計算過程中必不可少的一次綵排，可以真正積極地理解量子力學。”

在量子系統中，信息是由量子比特來存儲的。量子比特可以假定為“0”或“1”兩個狀態，這兩個狀態在同一時刻是疊加的。正確認識、解釋和跟蹤它們的狀態對於量子計算非常必要。但通常情況下，監視量子比特會損害其信息內容。

新開發的這種非破壞性的測量系統可以觀察、跟蹤和記錄一個量子位所有狀態的變化，同時保持量子比特的信息價值。研究人員說，原則上，這將允許其監視量子比特的狀態，以糾正隨機錯誤。

米歇爾說：“具有與量子比特對話的能力，並且聽到它在告訴你什麼，這就是關鍵所在。量子計算機一個主要問題是量子比特存儲的信息‘壽命’有限，並持續衰減，所以必須予以糾正。”

弗雷德里克說：“只要你知道過程中發生了什麼錯誤，就可以修正。這些錯誤基本上是可以撤消的。”

該研究團隊現在可以成功地測量一個量子比特，未來面臨的挑戰是一次測量和控制更多的量子比特。他們正在開發基於此目的的超高速數字電子技術。

美國在2005年建成了DARPA量子網路，連接美國BBN公司、哈佛大學和波士頓大學3個節點。中國在2008年研製了20km級的3方量子電話網路。2009年構建了一個4節點全通型量子通信網路，大大提高了安全通信的距離和密鑰產生速率，同時保證了絕對安全性。同年，“金融信息量子通信驗證網”在北京正式開通，是世界上首次將量子通信技術應用於金融信息安全傳輸。2014年中國遠程量子密鑰分發系統的安全距離擴展至200公里，刷新世界紀錄。2016年8月16日，中國發射一顆量子科學實驗衛星“墨子號”，連接地面光纖量子通信網路，并力爭在2030年建成20顆衛星規模的全通型量子通信網。

量子計算機由包含有導線和基本量子門的量子線路構成，導線用於傳遞量子信息，量子門用於操作量子信息。

2015年5月，IBM在量子運算上取得兩項關鍵性突破，開發出四量子位原型電路（Four Quantum Bit Circuit），成為未來10年量子電腦基礎。另外一項是，可以同時發現兩項量子的錯誤型態，分別為Bit-Flip（比特翻轉）與Phase-Flip（相位翻轉），不同於過往在同一時間內只能找出一種錯誤型態，使量子電腦運作更為穩定。2016年8月，美國馬里蘭大學學院市分校發明世界上第一台由5量子比特組成的可編程量子計算機。

量子雷達屬於一種新概念雷達，是將量子信息技術引入經典雷達探測領域，提升雷達的綜合性能。量子雷達具有探測距離遠、可識別和分辨隱身平台及武器系統等突出特點，未來可進一步應用於導彈防禦和空間探測，具有極其廣闊的應用前景。根據利用量子現象和光子發射機制的不同，量子雷達主要可以分為三個類別：一是量子雷達發射非糾纏的量子態電磁波；二是量子雷達發射糾纏的量子態電磁波；三是雷達發射經典態的電磁波。2008年美國麻省理工學院的Lloyd教授首次提出了量子遠程探測系統模型。2013年義大利的Lopaeva博士在實驗室中達成量子雷達成像探測，證明其有實戰價值的可能性。中國首部基於單光子檢測的量子雷達系統由中國電科14所研製，中國科學技術大學、中國電科27所以及南京大學協作完成。不過專家表示，量子雷達想要實現工程化可能還有比較漫長的路要走。

量子博弈是Eisert等人在1999年提出的，遊戲者可以利用量子規律擺脫所謂的囚徒困境，防止某一玩家因背叛而獲利。