量子信息技術(shù)是量子力學(xué)與信息科學(xué)融合的新興交叉學(xué)科,它的誕生標(biāo)志著人類社會將從經(jīng)典技術(shù)邁進(jìn)到量子技術(shù)的新時代,本文將闡述量子信息技術(shù)的研究現(xiàn)狀與未來.文中描繪了量子技術(shù)發(fā)展遠(yuǎn)景,即筑建各種類型的量子網(wǎng)絡(luò),包括量子云計算網(wǎng)絡(luò)、分布式量子計算、量子傳感網(wǎng)絡(luò)和量子密鑰分配網(wǎng)絡(luò)等.量子計算機(jī)已從實(shí)驗(yàn)室的研究邁進(jìn)到企業(yè)的實(shí)用器件研制,目前已發(fā)展到中等規(guī)模帶噪聲量子計算機(jī)（noisy intermidiate-scale quantum, NISQ）的階段.在量子技術(shù)時代,沒有絕對安全的保密體系,也沒有無堅不摧的破譯手段,信息安全進(jìn)入"量子對抗"的新階段. 

【文章來源】：中國科學(xué):信息科學(xué). 2020,50(09)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：12 頁

【部分圖文】：

(網(wǎng)絡(luò)版彩圖)量子網(wǎng)絡(luò)

物理學(xué)家的研究結(jié)果并不影響當(dāng)時摩爾定律的運(yùn)行,多數(shù)學(xué)者甚至認(rèn)為物理學(xué)家是杞人憂天.然而物理學(xué)家并未停止腳步,著手研究第2個問題:摩爾定律失效后,如何進(jìn)一步提高信息處理的速度——即后摩爾時代提高運(yùn)算速度的途徑是什么?研究結(jié)果誕生了“量子計算”的概念.1982年美國物理學(xué)家Feynman指出[2],在經(jīng)典計算機(jī)上模擬量子力學(xué)系統(tǒng)運(yùn)行存在著本質(zhì)性困難,但如果可以構(gòu)造一種用量子體系為框架的裝置來實(shí)現(xiàn)量子模擬就容易得多.隨后英國物理學(xué)家Deutsch提出“量子圖靈機(jī)”[3]概念,“量子圖靈機(jī)”可等效為量子電路模型.從此,“量子計算機(jī)”的研究便在學(xué)術(shù)界逐漸引起人們的關(guān)注.1994年Shor[4]提出了量子并行算法,證明量子計算可以求解“大數(shù)因子分解”難題,從而攻破廣泛使用的RSA公鑰體系,量子計算機(jī)才引起廣泛重視.Shor并行算法是量子計算領(lǐng)域的里程碑工作.進(jìn)入21世紀(jì),學(xué)術(shù)界逐漸取得共識:摩爾定律必定會終結(jié)[5].因此,后摩爾時代的新技術(shù)便成為熱門研究課題,量子計算無疑是最有力的競爭者.量子計算應(yīng)用了量子世界的特性,如疊加性、非局域性和不可克隆性等,因此天然地具有并行計算的能力,可以將某些在電子計算機(jī)上指數(shù)增長復(fù)雜度的問題變?yōu)槎囗?xiàng)式增長復(fù)雜度,亦即電子計算機(jī)上某些難解的問題在量子計算機(jī)上變成易解問題.量子計算機(jī)為人類社會提供運(yùn)算能力強(qiáng)大無比的新的信息處理工具,因此稱之為未來的顛覆性技術(shù).量子計算機(jī)的運(yùn)算能力同電子計算機(jī)相比,等同于電子計算機(jī)的運(yùn)算能力同算盤相比.可見一旦量子計算得到廣泛應(yīng)用,人類社會各個領(lǐng)域都將會發(fā)生翻天覆地的變化.

給定問題及相關(guān)數(shù)據(jù),科學(xué)家設(shè)計相應(yīng)的量子算法,進(jìn)而開發(fā)量子軟件實(shí)現(xiàn)量子算法,然后進(jìn)行量子編程將算法思想轉(zhuǎn)化為量子計算機(jī)硬件能識別的一條條指令,這些指令隨后發(fā)送至量子計算機(jī)控制系統(tǒng),該系統(tǒng)實(shí)施對量子芯片系統(tǒng)的操控,操控結(jié)束后,量子測量的數(shù)據(jù)再反饋給量子控制系統(tǒng),最終傳送到工作人員的電腦上.圖4 (網(wǎng)絡(luò)版彩圖)單雙量子比特門


本文編號：3309391