Section 02 量子信息技术将如何引发技术变革

量子信息技术可以突破现有的经典信息系统的极限，在提高运算速度、确保信息安全、增大信息容量等方面，对未来的计算、通信领域产生重大影响，很有可能成为信息时代新的主宰。

1.量子信息技术将促进计算能力指数级增长

量子计算是一种依照量子力学理论进行的新型计算。量子计算机处理信息的方式与传统计算机有着根本性的不同，量子计算具有天然的并行性，每增加一个量子位（等同于传统芯片中的晶体管），处理器的计算能力就会翻番，n个量子位的量子计算机的一个操作能够处理2n个状态。例如，500个量子位的量子计算机可以在每一步做2500次运算，这是一个可怕的数字，比地球上已知的原子数还要多。量子计算机一旦实现，计算速度将较目前实现数十亿倍的提升。

2.量子信息技术使通信突破光速的限制

根据量子理论，微观粒子可以处于量子叠加态。如果有两个电子，它们的自旋态有四种可能：上上，下下，上下和下上。把它们制备到相互纠缠的状态：自旋同时向上和同时向下的叠加态。当我们测量出一个电子的自旋是向上（向下）的，那么另外一个电子的自旋态就塌缩到向上（向下）的状态，不论电子之间的距离到底有多远。这个塌缩是瞬时的，传递速度超越了光速。目前的实验已经证明：量子纠缠的传输速度至少比光速高4个数量级，即量子纠缠的作用速度至少比光速快10 000倍，这还只是速度下限。根据量子理论，测量的效应具有瞬时性质。利用这一原理，人们可以制备出一对纠缠粒子，把它们放在不同的位置，当这边的粒子一动，另一边的粒子立刻做出同样的变化。这就是理想的量子通信原理，从原理上看，它能够实现没有时间滞后、绝对实时的信息传递，这对于未来实现星际旅行的人类具有极为重大的意义。

3.量子信息技术使安全的通信成为可能

目前的常规通信多采用加密技术解决安全通信问题。但是，密码总存在被破译的可能。在量子计算出现以后，采用并行运算，对当前的许多密码进行破译变得易如反掌。而量子态具有测不准和不可克隆的属性使量子密码具有不可破译、不可窃听性，使量子通信成为一种非常安全的通信方式，即“量子密钥分配”，它允许某人发送信息给其他人，而只有使用量子密钥解密后才能阅读信息。如果第三方拦截到密钥，鉴于量子力学的诡异特性，信息会变得毫无用处，也没人能够再读取它。这可以从根本上解决国防、金融、政务、商业等领域的信息安全问题。