近代物理论文

近代量子科学和计算机的联系

一、量子通讯与量子计算前景辉煌

中国科学技术大学郭光灿教授和张永德教授分别作了题为“量子通讯的评述与展望”和“量子算法与量子计算机概述”的主题评述报告。他们一致认为世纪之交也正是信息科学从经典跨越到量子的时刻。量子通讯和量子计算既是一个前沿性的、更是一个应用性的基础研究课题，估计在不长时期内，量子器件，如量子存储单元及各种量子门会取得突破性进展。由量子器件研制开始发展到设计出量子的保密通讯体系，再建造量子计算机整机，最终将在实用化和产品化上取得实质性进展。

郭光灿在报告中首先阐明了量子信息在信息科学中的重要地位和意义。他指出，人类对信息的需求日益提高，然而现有的信息系统，如电子计算机、通讯网络、信号检测等，其信息功能已开拓到接近极限值的程度，信息科学的进一步发展必须借助于新的原理和新的方法。而量子力学作为近代自然科学的台柱之一，有着许多奇妙无比的特性，能够为信息科学的发展注入新的活力并提供理论基础。于是一门新的科学领域——量子信息科学便应运而生。量子特性在信息领域中有着独特的功能，在提高运算速度、确保信息安全、增大信息容量和提高检测精度等方面可以突破现有经典信息系统的极限。在介绍量子通讯的基础时，他指出量子通讯系统的基本部件包括量子态发生器、量子通道和量子测量装置。按其所传输的信息是经典还是量子而分为两类。前者主要用于量子密钥的传输，后者则可用于量子隐形传态(teleportation)和量子纠缠的分发。量子通讯的主要困难是消相干，克服的方法是采用量子编码。在量子通讯中研究量子克隆的机制和特性也是一个重要的课题。郭光灿还系统地概述了量子保密通讯的现状和进展，讨论了量子通讯网络技术的关键。

张永德在介绍量子信息的物理基础时，着重阐述了量子态的迭加原理和量子测量理论，以及它们与经典情形的区别。指出量子测量过程可以分为3个阶段，即谱分解、随机塌缩和态制备，蕴涵有极其丰富的物理内容。他认为，量子算法将会极大地加速计算，使得一些经典计算机不能或难以计算的问题成为可以或容易计算的。最后，他展望了量子计算机的未来。

二、量子计算与量子计算机

中国科学技术大学王安民副教授通过分析经典计算机所面临的物理限制和提高计算机速度的技术途径，指出量子计算机发展的6个必然：计算机技术发展规律的必然，计算机技术发展途径的必然，计算理论发展的必然，计算机工作原理的必然，信息和计算的物理本质的必然及科学研究方法论的必然。他提出了关于量子计算机的定义，即量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储和处理量子信息的物理装置；两个判据是当某个装置处理和计算的是量子信息，运行的是量子算法时，它能够被称为量子计算机。王安民评述了量子计算机研制的现状和存在的问题，总结出关于量子计算机的物理要求，包括写入、存储、孤立、控制、精度和读出等方面，还介绍了量子计算机的基本构成组分。他在报告中强调：1．量子计算机具有经典计算机所不曾有的，也不可能有的威力。其强大和快速的计算能力将可能使科学的许多分支产生重大变革，可能有着非常巨大的应用潜力。2．基本物理学原理和许多科学家们的研究结论表明，建造量子计算机在理论上和原则上没有根本的障碍。3．量子计算机硬件已经在实验上得到小规模的实现和验证，实用的量子计算机并非是一个不可实现的梦。