量子信息技术的进展和展望薛鹏.pptVIP

;outlines;一、引言;构想和设计完全可编程计算机的第一人;第一台电子计算机ENIAC，electronic numerical integrator and computer，在1946年2月15日在美国诞生。占地面积达170平米，重达30吨，1秒钟内可以进行5000次加法运算和500次乘法运算。;1947年12月，3位贝尔实验室的科学家共同发明了晶体管，从而开辟了现在电子时代，随着半导体技术的不断发展，晶体管的运行速度更快，可靠性更高，成本也更低。1959年，随着能够将大量的晶体管与其他电子器件集成到一块硅晶片上的集成电路的发明，晶体管取得了新的突破。自从晶体管发明以来，其尺寸不断缩小，目前，60亿枚晶体管所占面积不过为一张信用卡的大小而已。;计算机的出现，加速了人类社会自动化、信息化的进程，是人类社会进步的一个显著标志。技术的进步推动了计算机产业。我们目前使用的个人电脑，一年左右就会更新换代。新电脑更便捷，速度更快，这主要依赖于微处理器芯片集成度的提高。这是因为，电信号在介质中的传播速度是受物理规律限制的，我们要想在单位时间内进行尽可能多的操作，就需要把元件做得尽可能地小而密集。那么，现有计算机的运算速度能无限制地增长吗？ Intel公司的创始人之一Moore，提出著名的Moore定律：微处理器与存储器芯片集成度随时间呈现指数增长。但是，这一趋势会永远的持续下去吗？答案是否定的。 ;1965-1995年微处理器与存储器芯片集成度的提高基本符合Moore’s Law：微处理器与存储器芯片集成度随时间呈现指数增长。;经典计算机的不可逆过程导致热耗散，由于材料的散热速度是有限的，从而元件的集成度存在上限，故计算机的速度也存在上限。这就是所谓的“热耗效应”。 另一个方面，如果我们将元件做到纳米甚至是埃的尺度的时候，微观客体的运行机制将服从量子力学，从而会出现与我们所处的经典世界大相径庭的结果。比如，在经典世界中，存储器的状态非“0”即“1”，但是在量子世界中，会出现“0”和“1”的叠加状态；对量子状态的测量，其测量结果会展现出不可消除的随机性。我们把这些统称为量子的“尺寸效应”。人类对于计算速度的追求驱使计算机技术的前沿伸向越来??微小的尺度。;? 现有的密码体系是绝对安全的吗？;公开密钥RSA体系——基于“大数因子分解”这类难以计算的数学问题，并不是严格意义上的绝对安全。;*;诸如此类问题对现有信息技术提出严峻的挑战。未来信息技术的持续发展要求开拓新的原理和方法。这时候基于量子力学，以量子力学为运动规律的量子信息学应运而生。;?量子力学的奇妙特性;经典粒子;经典的波;微观粒子;经典比特和量子比特;“薛定谔猫” ——宏观量子叠加态;?量子信息应运而生;量子信息科学; 人们坚信，信息技术的发展将由经典跨越到量子的时代。;二、量子信息的特性;为全人类带来更丰富的高科技成果。;? 量子信息与经典信息的根本区别; 量子信息是经典信息的完善和扩充，正如复数z=x+iy是实数x，y的完善和扩充。;信息传输：量子态在量子通道中传送;EPR佯谬;三、量子密码; 因此，量子密码术原则上可以提供不可破译、不可窃听的必威体育官网网址通信体系。;目前中国科大已在光纤中成功地实现125公里量子密钥传输，在自由空间中实现13公里传送。;英国国防研究部于1993年首先在光纤中实现了基于BB84方案的相位编码量子密钥分发，光纤传输长度为10公里。到1995年，经多方改进，在30公里长的光纤传输中成功实现了量子密钥分发。 瑞士日内瓦大学于1995年在日内瓦湖底铺设的23公里长民用光通信光缆中进行了实地表演。 美国洛斯阿拉莫斯国家实验室，创造了在长达48公里的地下光缆中传送量子密钥，同时他们在自由空间里也获得了成功。 1999年，瑞典和日本合作，在光纤中成功地进行了40公里的量子密码通信实验。 2006年，欧洲科学家让光子在自由空间而不是光纤中完成了一次量子通信过程。通信在相距144公里的西班牙加纳利群岛的La Palma岛和Tenerife岛之间。 2007年，美国科学家已经利用光纤实现了距离为148.7公里量子通信，直逼理论预计的极限。 目前科学家希望通过卫星在大气中进行量子通信。;Commercial QC providers; 量子密码通信是目前唯一被证明绝对安全的必威体育官网网址通信方法,美国《商业周刊》把它列在了改变人们未来生活的十大发明的第三位。 ;四、量子通信; 1993年美国IBM的著名科学家Bennet等四个国家的六位科学家联名在《Physical;;为实现传送某个物体的未知量子态，可将原物的信息分成经典信息和量子信息两部分，;在这个过程中， ?原物始终留在发送者处，被传送的仅仅是原物的量子态，而且，发送