量子信息技术纵览

量子信息技术经过近三十年突飞猛进的发展,在理论和技术方面已经获得了举世瞩目的成就.本文主要对量子信息技术各个热点研究分支的发展进行了概括性的介绍,涉及到量子密码、量子通信、量子计算、量子模拟、量子度量学、量子信息物理基础等各个领域.此外,也讨论了原子、分子和光物理、固体物理的各个分支(超导约瑟夫森结系统、半导体量子点自旋系统、金刚石氮-空穴色心系统)、离子阱、核磁共振系统等各种物理体系在量子信息技术中的应用和发展.通过对量子信息技术的研究和积累,人们调控微观世界的能力获得了显著的提高.量子密码技术已经接近实用化,长程量子通信的原理性验证也不存在原则上的障碍.量子模拟技术快速发展,已经接近经典计算机可以模拟的极限.同时,量子度量学也获得了快速的发展.本综述不仅反映了国际量子信息技术发展的状况,而且也提炼了近年来中国量子信息科学技术在国际上取得的成就.这些成就表明,中国已经成为量子信息世界版图中一股不可或缺的力量.     

三方量子超密编码的核磁共振实验实现

报道了使用液相核磁共振(NMR)实验技术, 利用三个量子位实现三方量子超密编码的实验过程. 实验表明: 根据龙桂鲁等人和Crudka 等人提出的多方量子超密编码的方案, 三量子位的量子超密编码只需要传送两个量子位便可以完成传送三个经典位信息的任务. 因此, 量子超密编码具有比经典通信更强大的信息传递能力.     

量子直接通信

量子通信作为量子信息研究的主要内容,是目前量子信息领域最具应用前景的一个部分.量子密码通信的目的是在合法的通信者之间实现绝对安全的通信过程.量子密钥分配(Quantum Key Distribution,QKD)是量子通信的一个重要研究内容.     

自组织生长纳米半导体量子点的研究进展

纳米半导体量子点以其所具有的新颖光电性质与输运特性 ,正在成为量子功能器件研究中的一个热点领域 .作为纳米量子点的制备方法 ,自组织生长技术正在受到人们的普遍重视 .而如何实现具有尺寸与密度可控纳米量子点的自组织生长 ,更为材料物理学家所广泛关注 .因为这是由自组织方法形成的纳米量子点最终能否实现器件实用化的关键 .本文将以纳米量子点→自组织生长→形成机理→尺寸与密度可控为主线 ,简要介绍近 1 0年来纳米量子点自组织生长技术的研究进展 .     

固态量子存储

实用化量子网络的构建依赖于量子存储器的物理实现, 利用量子存储器还可获得确定性的单光子源和纠缠光源, 为量子计算实现量子比特操作的时间同步. 基于稀土掺杂晶体的固态量子存储器, 自2008年首次实现单光子存储后, 实验技术迅速突破, 已成为国际上性能最优秀的量子存储器件之一. 本文介绍量子存储器性能的评价指标, 回顾近5年固态量子存储的实验进展, 并讨论固态量子存储器作为一种可灵活编程的介质在光学及基础物理理论检验等领域的应用.     

动态

物理学利用超导传输线谐振腔可获得量子点团簇态基于量子力学的特性,量子信息有望以崭新的原理和方法,开拓出后摩尔时代的新一代信息技术,成为国际上竞争激烈的研究领域.     

借用“平行宇宙”的算力——量子计算现状与展望#br#

量子力学自建立以来，被期待为未来技术进步的基石。目前，量子计算、量子信息处理、量子通信和量子测量等基于量子力学发展起来的技术备受关注。人们力图将理论的成果转化为应用，从而实现“第二次量子革命”。其中，量子计算机因其并行计算能力被证明一旦达到一定规模，其计算能力将远超传统计算机，甚至对目前广泛使用的传统加密算法产生威胁，也必将对社会各个领域产生深远的影响。文章从科普的角度介绍了量子计算的背景及原理，并基于发展现状对未来作了展望，最后探讨了量子计算与人工智能领域结合的可能性。     

量子计算赋能百业

一百年前,第一次量子技术革命开始兴起,几十年来促成了半导体、电子显微镜、激光、集成电路芯片等重大发明,推动信息技术时代的发展.当前,以量子计算为代表的新兴非冯?诺伊曼计算架构涌现,第二次量子技术革命正在进行,以变革性的方式实现信息编码、存储、传输和操纵,将催生可确保无条件安全的量子通信,计算能力随量子比特数呈指数增加的...     

半导体量子点与谐振腔杂化系统的强耦合

量子比特的可扩展性是实现实用量子计算机的前提.利用微波谐振腔中的光子作为媒介实现非局域量子比特间的长程耦合与信息交换,为固态量子计算提供了一种重要的大规模扩展方案.然而由于外界噪声大、耦合强度弱等各种因素限制,在前期实验中半导体量子比特一直未能实现与微波光子间的有效信息交换,亦即未能实现比特与光子间的强耦合.近年来,随着实验上半导体量子比特的性能优化及高阻抗微波谐振腔的应用,利用微波谐振腔耦合半导体量子比特取得一系列重要突破,电荷和自旋量子比特与腔的强耦合均已实现,量子比特间的耦合距离也得到极大扩展.本文围绕半导体量子点-微波谐振腔杂化系统,简要介绍实现量子比特与微波光子强耦合的原理、实验实现及进展.     

量子密码通信原理及应用前景探究

文章主要介绍量子密码通信研究的历史,量子密钥生成和分发的基本原理以及相关的实验进展。首先介绍了经典密码学的基本原理及其保密方式,经典密码通信对更高安全性的追求,为量子密码通信的出现以及研究做了一个铺垫。根据量子力学中的海伯森不确定性原理,量子不可克隆原理,任何人都不可能窃听量子密码通信中的信息而不被发现。文章主要围绕BB84协议与B92协议,以及EPR佯谬的基本原理来展开讨论。在此基础之上介绍了当前世界范围内相应的实验研究及研究成果,并详细介绍了量子密码通信在国内的有关实验及研究成果。最后展望了量子密码通信的发展前景和今后的发展方向。     

量子密码通信原理及应用前景探究

文章主要介绍量子密码通信研究的历史,量子密钥生成和分发的基本原理以及相关的实验进展.首先介绍了经典密码学的基本原理及其保密方式,经典密码通信对更高安全性的追求,为量子密码通信的出现以及研究做了一个铺垫.根据量子力学中的海伯森不确定性原理,量子不可克隆原理,任何人都不可能窃听量子密码通信中的信息而不被发现.文章主要围绕BB84协议与B92协议,以及EPR佯谬的基本原理来展开讨论.在此基础之上介绍了当前世界范围内相应的实验研究及研究成果,并详细介绍了量子密码通信在国内的有关实验吸研究成果.最后展望了量子密码通信的发展前景和今后的发展方向.     

量子逻辑网络下的完全多回路量子密集编码

提出了一种完全的多回路的量子密集编码方案. 它可以提高张竞夫等人最近提出的核磁共振实现多回合量子稠密编码方案的信源容量. 信息接收方在每次循环中用两个量子比特来记录四个局域幺正操作.     

多功能固态量子存储器取得新突破

<正>由于不可克服的光纤传输损耗,目前地面上的安全量子通信被限制在百千米量级.如何实现千千米量级的长程量子通信是量子通信领域面临的重要难题之一.目前物理上的解决方案有两种:第一种是基于量子中继~([1]),利用短程的量子纠缠和量子存储器实现长程的量子纠缠,再利用     

轨道角动量光子的频率变换

轨道角动量(OAM)光束在精密测量、微小粒子的操控以及基础物理研究等领域具有重要的应用,同时基于OAM编码的光信息处理由于其信道容量大、保密性高等优点已成为经典和量子通信领域的研究热点.基于OAM编码构建高维量子网络是目前量子信息领域的一个重要研究方向,在近几年已取得了许多突破性进展.在量子通信中,作为信息载体的光子需要在低损耗的通信窗口传输,而作为信息存储和处理单元的物理体系其工作波长一般却不在通信窗口,因此需要在两者之间建立量子接口以满足量子信息既可被存储又能长距离传输的基本要求.基于非线性过程的光子频率变换就是建立量子接口的一种行之有效的方法.本文在概述了OAM光束频率变换的发展现状后,着重介绍了量子条件下OAM光子的频率变换研究进展.这些进展迈出了未来构建高维量子信息网络的重要一步.     

磁性分子的量子相干操控

在量子信息科技的发展中,以电子自旋作为信息载体的分子基材料因其突出的可设计性和可扩展性而被寄予厚望.基于系综的量子信息材料研究在分子设计和量子操控策略方面已有较多积累.本文从分子基量子比特的构效关系和分子设计、分子基多能级量子位的研究现状和应用潜力、多功能磁性分子等角度介绍了近年来国内外分子基量子信息材料研究的概况,并总结了该领域已取得的成果和现状,展望了今后实现突破的潜在方向和技术路线要求.我们认为,分子基量子信息材料的发展需要走向单自旋表征和操控的新阶段,并整合自旋化学与量子信息科技,以构建新的研究范式.     

量子密码技术与通信安全

2004年6月3日,世界上第一个量子密码通信网络在美国马萨诸塞州剑桥城正式投入运行。主持这套网络建设的是美国BBN技术公司。新的量子密码通信网络已成功地实现了该公司与哈佛大学之间的连接,不久将延伸至波士顿大学。新的量子密码通信网络与现有因特网技术完全兼容,网络传输距离约为10公里。这个由美国BBN技术公司研发的量子密码通信网络和现有的宽带网并没有太大的不同——采用普通光纤传输数据,并且     

高效率单光子量子存储

<正>量子存储是量子信息领域的关键技术之一,在量子通信和量子计算等方向均有重要应用[1].比如,量子中继是实现长程量子通信的重要方案,而量子存储器则是构成量子中继的基本元件之一.经典信息的基本单元是比特,只有0和1两种状态,而量子信息的基本单元是量子比特,可以处于量子叠加态.光子具有传输速度快、与环境耦合     

超导与量子计算

基于量子力学态叠加性和纠缠性的量子计算，以其指数级增长的庞大计算空间和更高级的信息抽象能力，为计算提供了新的范式。这一新技术有可能解决一些经典计算无法解决的计算难题，同时解决经典计算的功耗问题。超导效应作为一种宏观量子效应，为量子态相干操控提供了绝佳的无损耗环境，而约瑟夫森结为构建量子比特提供了必要的能级分立性和非线性。经过二十余年的高速发展，基于超导量子电路的量子计算技术已经在退相干时间、量子态操控和读取、量子比特间可控耦合、中大规模扩展等关键技术上取得大量突破，成为构建通用量子计算机和量子模拟机最有前途的候选技术路线之一。文章就这一技术做一个简要的介绍和梳理，以令读者了解整个技术脉络为目标，尽可能不涉及复杂的符号和公式。最后，还简要讨论了超导量子计算发展的未来，并指出其中部分关键技术难点。     

一种定量分析量子秘密共享方案安全性的新方法

由于量子加密的无条件安全性和窃听的可检测性,在过去的二十多年里,量子加密引起了国内外科学界和工业界的研究热潮,并已成为计算机科学和物理中的一个重要研究方向.量子加密将量子力学和经典密码学相结合,利用量子物理的客观规律来保证通信的安全.量子秘密共享     

“自然论坛”

正"自然论坛"第28讲全球量子通信网络及未来趋势量子信息科学与技术使量子通信成为可能。论坛嘉宾、中国科学技术大学的陈宇翱教授着重介绍了我国在实现全球量子通信最终目标方面取得的一些进展。我们已经建立了一个可靠的、超过2000 km光纤连接的中继骨干网,通过济南和合肥连接北京和上海。目前,银行、证券和保险公司正在试用中。过去10年,我们一直在为卫星量子通信进行系统的地面测试。我们的努力最终确保了国际上首颗量子科学实验卫星"墨子号"的成功发射,以及三大科学任务的完成。最后指出量子通信领域未来的发展趋势。