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量子计算机的现状与前景
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你可能喜欢量子计算机 | 让你我身肩时下,心属未来!
量子计算机（quantum computer）是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。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，它就是量子计算机。量子计算机的概念源于对可逆计算机的研究。研究可逆计算机的目的是为了解决计算机中的能耗问题。
量子计算机，早先由理查德·费曼提出，一开始是从物理现象的模拟而来的。可他发现当模拟量子现象时，因为庞大的希尔伯特空间使资料量也变得庞大，一个完好的模拟所需的运算时间变得相当可观，甚至是不切实际的天文数字。理查德·费曼当时就想到，如果用量子系统构成的计算机来模拟量子现象，则运算时间可大幅度减少。量子计算机的概念从此诞生。
量子计算机，或推而广之——量子资讯科学，在1980年代多处于理论推导等纸上谈兵状态。一直到1994年彼得·秀尔（Peter Shor）提出量子质因子分解算法后，因其对于现在通行于银行及网络等处的RSA加密算法可以破解而构成威胁之后，量子计算机变成了热门的话题。除了理论之外，也有不少学者着力于利用各种量子系统来实现量子计算机。　　半导体靠控制集成电路来记录和运算信息，量子电脑则希望控制原子或小分子的状态，记录和运算信息。　　图2：布洛赫球面乃一种对于二阶量子系统之纯态空间的几何表示法，是建立量子计算机的基础。　　20世纪60年代至70年代，人们发现能耗会导致计算机中的芯片发热，极大地影响了芯片的集成度，从而限制了计算机的运行速度。研究发现，能耗来源于计算过程中的不可逆操作。那么，是否计算过程必须要用不可逆操作才能完成呢？问题的答案是：所有经典计算机都可以找到一种对应的可逆计算机，而且不影响运算能力。既然计算机中的每一步操作都可以改造为可逆操作，那么在量子力学中，它就可以用一个幺正变换来表示。早期量子计算机，实际上是用量子力学语言描述的经典计算机，并没有用到量子力学的本质特性，如量子态的叠加性和相干性。在经典计算机中，基本信息单位为比特，运算对象是各种比特序列。与此类似，在量子计算机中，基本信息单位是量子比特，运算对象是量子比特序列。所不同的是，量子比特序列不但可以处于各种正交态的叠加态上，而且还可以处于纠缠态上。这些特殊的量子态，不仅提供了量子并行计算的可能，而且还将带来许多奇妙的性质。与经典计算机不同，量子计算机可以做任意的幺正变换，在得到输出态后，进行测量得出计算结果。因此，量子计算对经典计算作了极大的扩充，在数学形式上，经典计算可看作是一类特殊的量子计算。量子计算机对每一个叠加分量进行变换，所有这些变换同时完成，并按一定的概率幅叠加起来，给出结果，这种计算称作量子并行计算。除了进行并行计算外，量子计算机的另一重要用途是模拟量子系统，这项工作是经典计算机无法胜任的。　　1994年，贝尔实验室的专家彼得·秀尔（Peter Shor）证明量子计算机能完成对数运算，而且速度远胜传统计算机。这是因为量子不像半导体只能记录0与1，可以同时表示多种状态。如果把半导体计算机比成单一乐器，量子计算机就像交响乐团，一次运算可以处理多种不同状况，因此，一个40位元的量子计算机，就能解开1024位元的电子计算机花上数十年解决的问题。
有趣的量子理论
量子论的一些基本论点显得并不“玄乎”，但它的推论显得很“玄”。我们假设一个“量子”距离也就是最小距离的两个端点A和B。按照量子论，物体从A不经过A和B中的任何一个点就能直接到达B。换句话说，物体在A点突然消失，与此同时在B点出现。除了神话，你无法在现实的宏观世界找到一个这样的例子。量子论把人们在宏观世界里建立起来的“常识”和“直觉”打个了七零八落。　　薛定谔猫是关于量子理论的一个理想实验。实验内容是：这只猫十分可怜，它被封在一个密室里，密室里有食物有毒药。毒药瓶上有一个锤子，锤子由一个电子开关控制，电子开关由放射性原子控制。如果原子核衰变，则放出α粒子，触动电子开关，锤子落下，砸碎毒药瓶，释放出里面的氰化物气体，猫必死无疑。这个残忍的装置由奥地利物理学家埃尔温·薛定谔所设计，所以此猫便叫做薛定谔猫。量子理论认为：如果没有揭开盖子，进行观察，我们永远也不知道猫是死是活，它将永远处于非死非活的叠加态，这与我们的日常经验严重相违。
编辑本段概念
量子计算机，顾名思义，就是实现量子计算的机器。要说清楚量子计算，首先看经典计算。经典计算机从物理上可以被描述为对输入信号序列按一定算法进行变换的机器，其算法由计算机的内部逻辑电路来实现。
经典计算机的特点
1.其输入态和输出态都是经典信号，用量子力学的语言来描述，也即是：其输入态和输出态都是某一力学量的本征态。如输入二进制序列0110110，用量子记号，即|0110110&。所有的输入态均相互正交。对经典计算机不可能输入如下叠加态：C1|0110110 &+ C2|1001001&。　　2.经典计算机内部的每一步变换都演化为正交态，而一般的量子变换没有这个性质，因此，经典计算机中的变换（或计算）只对
量子计算机
应一类特殊集。
量子计算机的特点
相应于经典计算机的以上两个限制，量子计算机分别作了推广。量子计算机的输入用一个具有有限能级的量子系统来描述，如二能级系统（称为量子比特（qubits）），量子计算机的变换（即量子计算）包括所有可能的玄正变换。　　1.量子计算机的输入态和输出态为一般的叠加态，其相互之间通常不正交；　　2量子计算机中的变换为所有可能的么正变换。得出输出态之后，量子计算机对输出态进行一定的测量，给出计算结果。　　由此可见，量子计算对经典计算作了极大的扩充，经典计算是一类特殊的量子计算。量子计算最本质的特征为量子叠加性和量子相干性。量子计算机对每一个叠加分量实现的变换相当于一种经典计算，所有这些经典计算同时完成，并按一定的概率振幅叠加起来，给出量子计算机的输出结果。这种计算称为量子并行计算。　　无论是量子并行计算还是量子模拟计算，本质上都是利用了量子相干性。遗憾的是，在实际系统中量子相干性很难保持。在量子计算机中，量子比特不是一个孤立的系统，它会与外部环境发生相互作用，导致量子相干性的衰减，即消相干（也称“退相干”）。因此，要使量子计算成为现
承载16个量子位的硅芯片
实，一个核心问题就是克服消相干。而量子编码是迄今发现的克服消相干最有效的方法。主要的几种量子编码方案是：量子纠错码、量子避错码和量子防错码。量子纠错码是经典纠错码的类比，是目前研究的最多的一类编码，其优点为适用范围广，缺点是效率不高。　　迄今为止，世界上还没有真正意义上的量子计算机。但是，世界各地的许多实验室正在以巨大的热情追寻着这个梦想。如何实现量子计算，方案并不少，问题是在实验上实现对微观量子态的操纵确实太困难了。目前已经提出的方案主要利用了原子和光腔相互作用、冷阱束缚离子、电子或核自旋共振、量子点操纵、超导量子干涉等。现在还很难说哪一种方案更有前景，只是量子点方案和超导约瑟夫森结方案更适合集成化和小型化。将来也许现有的方案都派不上用场，最后脱颖而出的是一种全新的设计，而这种新设计又是以某种新材料为基础，就像半导体材料对于电子计算机一样。研究量子计算机的目的不是要用它来取代现有的计算机。量子计算机使计算的概念焕然一新，这是量子计算机与其他计算机如光计算机和生物计算机等的不同之处。量子计算机的作用远不止是解决一些经典计算
量子计算机原理
机无法解决的问题。
量子计算机能做什么
量子计算机可以进行大数的因式分解，和Grover搜索破译密码，但是同时也提供了另一种保密通讯的方式。在利用EPR对进行量子通讯的实验中中我们发现，只有拥有EPR对的双方才可能完成量子信息的传递，任何第三方的窃听者都不能获得完全的量子信息，正所谓解铃还需系铃人，这样实现的量子通讯才是真正不会被破解的保密通讯。此外量子计算机还可以用来做量子系统的模拟，人们一旦有了量子模拟计算机，就无需求解薛定愕方程或者采用蒙特卡罗方法在经典计算机上做数值计算，便可精确地研究量子体系的特征。　　量子计算机是通过量子分裂式、量子修补式来进行一系列的大规模高精确度的运算的。其浮点运算性能是普通家用电脑的CPU所无法比拟的，量子计算机大规模运算的方式其实就类似于普通电脑的批处理程序，其运算方式简单来说就是通过大量的量子分裂，再进行高速的量子修补，但是其精确度和速度也是普通电脑望尘莫及的，因此造价相当惊人。目前唯一一台量子计算机仍在微软的硅谷老家中，尚在试验阶段，离投入使用还会有一段时间。量子计算机当然不是给我们用来玩电子游戏的，因为这好比拿激光
硅芯片上16个量子位的光学照片
切割机去切纸，其主要用途是例如象测量星体精确坐标、快速计算不规则立体图形体积、精确控制机器人或人工智能等需要大规模、高精度的高速浮点运算的工作。在运行这一系列高难度运算的背后，是可怕的能量消耗、不怎么长的使用寿命和恐怖的热量。　　假设1吨铀235通过核发电机1天能提供7000万瓦伏电量，但这些电量在短短的10天就会被消耗殆尽，这是最保守的估计；如果一台量子计算机一天工作4小时左右，那么它的寿命将只有可怜的2年，如果工作6小时以上，恐怕连1年都不行，这也是最保守的估计；假定量子计算机每小时有70摄氏度，那么2小时内机箱将达到200度，6小时恐怕散热装置都要被融化了，这还是最保守的估计！　　由此看来，高能短命的量子计算机恐怕离我们的生活还将有一段漫长的距离，就让我们迎着未来的曙光拭目以待吧！
量子计算机的工作原理
普通的数字计算机在0和1的二进制系统上运行，称为“比特”（bit）。但量子计算机要远远更为强大。它们可以在量子位（qubit）上运算，可以计算0和1之间的数值。假想一个放置在磁场中的原子，它像陀螺一样旋转，于是它的旋转轴可以不是向上指就是向下指。常识告诉我们：原子的旋转可能向上也可能向下，但不可能同时都进行。但在量子的奇异世界中，原子被描述为两种状态的总和，一个向上转的原子和一个向下转的原子的总和。在量子的奇妙世界中，每一种物体都被使用所有不可思议状态的总和来描述。　　现在，想象一串原子排列在一个磁场中，以相同的方式旋转。如果一束激光照射在这串原子上方，激光束会跃下这组原子，迅速翻转一些原子的旋转轴。通过测量进入的和离开的激光束的差异，我们已经完成了一次复杂的量子“计算”，涉及了许多自旋的快速移动。
目前发展的系统
包括如下物理系统：　　液态核磁共振量子计算机(liquid-state NMR quantum computer)　　(固态)硅晶体核磁共振量子计算机(silicon-based NMR quantum computer)　　离子陷阱(ion trap)　　量子光学(quantum optics)　　腔室量子电动力学(cavity QED)　　超导体方案　　等等方法，各自有各自的瓶颈。
编辑本段名称的不同
关于在中国台湾的名称
在中国台湾，由于人们习惯上将电子计算机称为“电脑”，所以许多人往往沿用其名称而将量子计算机称为“量子电脑”。因而，在台湾两种名称皆可见到，不过后者使用得更多。　　事实上在台湾，“计算机”指的是Calculator，就是一般店员在卖东西时，计算简单加减乘除用的那种巴掌大的计算工具。台湾人由于电子工业发展得早，1970年代就大量使用“计算机”这种方便的工具来做商业计算，对应到Computer时，当然不能用“计算机”来称呼这种能够复杂计算的新产品了，于是台湾人说的“电脑”，指的是像Intel/AMD的x86类CPU或Macintosh的PowerPC/Intel MAC这种有着复杂计算的机器。　　香港与台湾一样也称Computer为“电脑”。
关于在中国大陆的名称
在中国大陆地区，Computer可以称为“计算机”或者“电脑 ”。其中“电脑 ”更为广泛的指家用电脑，而“计算机”更多的指具有科研等目的专业、非多媒体计算机。由于量子技术还处于起步阶段，只能在实验室见到，故多称“量子计算机”而非“量子电脑 ”。　　Calculator被称为“计算器”，而非“计算机”。在中文中，“器”多指具有简单结构、功能的对象；而“机”多指具有复杂结构、功能的对象。因此，“计算器”和“计算机”能很直接的区别calculator和computer。
编辑本段展望
现在用原子实现的量子计算机只有5个q-bit，放在一个试管中而且配备有庞大的外围设备，只能做1+1=2的简单运算，正如Bennett教授所说，“现在的量子计算机只是一个玩具，真正做到有实用价值的也许是5年，10年，甚至是50年以后”，我国量子信息专家中国科技大学的郭光灿教授则宣称，他领导的实验室将在5年之内研制出实用化的量子密码，来服务于社会！科学技术的发展过程充满了偶然和未知，就算是物理学泰斗爱因斯坦也决不会想到，为了批判量子力学而用他的聪明大脑假想出来的EPR态，在六十多年后不仅被证明是存在的，而且还被用来做量子计算机。
量子计算机的广阔前景
社会生产力的发展是科学发展的基石和原动力，从物理学的诞生到技术文明高度发达的今天都是如此。　　近年来由于社会对高速、保密、大容量的通讯及计算的需求，促进了量子信息、量子计算理论与实验的迅速发展。　　目前，美国的洛斯阿拉莫斯和麻省理工学院、IBM、和斯坦福大学、武汉物理教学所、清华大学四个研究组已实现7个量子比特量子算法演示。　　2007年2月，加拿大D-Wave系统公司宣布研制成功16位量子比特的超导量子计算机（尚未经科学检验），如果他们是诚信的，这个工作的意义就非常重大，或许，可实际应用的量子计算机会在几年内出现，量子计算机的时代真的要开始了！　　日，德国于利希研究中心发表公报：德国超级计算机成功模拟42位量子计算机，该中心的超级计算机JUGENE成功模拟了42位的量子计算机，在此基础上研究人员首次能够仔细地研究高位数量子计算机系统的特性。
编辑本段研发现状
世界首台量子计算机在美国问世
1920年，奥地利人埃尔温。薛定谔、爱因斯坦、德国人海森伯格和狄拉克，共同创建了一个前所未有的新学科——量子力学。量子力学的诞生为人类未来的第四次工业革命打下了基础。在它的基础上人们发现了一个新的技术，就是量子计算机。　　量子计算机的技术概念最早由理查得·费曼提出，后经过很多年的研究这一技术已初步见成效。　　日，世界首台量子计算机正式在美国诞生，　　这一量子计算机由美国国家标准技术研究院研制，可处理两个量子比特的数据。较之传统计算机中的“0”和“1”比特，量子比特能存储更多的信息，因而量子计算机的性能将大大超越传统计算机。　　研究人员‘大卫·汉尼克’表示，通用编程量子计算机采用了量子逻辑门技术来处理数据。制造量子逻辑门需设计一系列激光脉冲，以操纵铍离子进行数据处理，再由另一个激光脉冲读取计算结果。一个简单的单量子比特门，可从0转换成1，也可从1转换成0。但与传统计算机的物理逻辑门不同的是，这台设备的量子逻辑门均已编码成激光脉冲。当激光脉冲量子门对量子比特实行简单逻辑操作时，铍离子便会开始旋转，实现对量子比特的存储。　　这台量子计算机的核心部件是具金色图样的铝晶片，内含直径约为200微米的电磁圈。科学家将两个镁离子和两个铍离子置于电磁圈中，镁离子可起到“稳定剂”的作用，消除离子链的不必要振动，保持计算机的稳定性。　　由于两个量子比特的操作具有多种可能，研究小组随机选取了160种操作方式进行了演示，以验证处理器的通用性。每次操作都用31个不同的量子门击打量子比特，将其编码成激光脉冲。这其中大部分为单量子比特门，脉冲只需要与单一离子进行相互作用。少数的双量子比特门则需要与两个离子同时发生交互作用。而通过对电磁圈旁黄金电极上的电荷进行控制，研究人员能有效增加所需的离子数量。　　不过，这一量子计算机仍存在着相当的问题。例如，尽管每个量子门的准确率都在90%以上，而当综合使用时计算机的整体准确率却下降到 79%。这主要是由于激光脉冲的强度不同所造成的，汉内克解释说：“脉冲的波动性可造成这种误差，而光线的散射和反射等，也可能是原因。”　　研究小组表示，通过提升激光的稳定性和减少光学设备的误差，可有效提高芯片的运行准确率。在准确率提升至99.99%时，该芯片才能作为量子处理器的主要部件，最终实现通用编程量子计算机的实际应用。
最新研究结果
据美国物理学家组织网5月3日（北京时间）报道，德国马克斯普朗克量子光学研究所的科学家格哈德·瑞普领导的科研小组，首次成功地实现了用单原子存储量子信息——将单个光子的量子状态写入一个铷原子中，经过180微秒后将其读出。最新突破有望助力科学家设计出功能强大的量子计算机，并让其远距离联网构建“量子网络”。　　量子计算机因其能同时处理用单个原子和光子等微观物理系统的量子状态存储的很多信息，计算速度更快。但量子计算机进行操作时，其内部不同组件之间必须能进行信息交换。因此，科学家希望量子信息能在光子和物质粒子之间交换。　　此前，科学家实现了光子和数千个原子集合之间的信息交换，现在首次证明，采用一种可控的方式，量子信息也能在单个原子和光子之间交换。实现光子和单个原子之间信息交换的最大障碍是，光子和原子之间的相互作用太微弱。在最新研究中，科学家将一个铷原子放在一个光学共振器的两面镜子间，接着使用非常微弱的激光脉冲让单光子进入该共振器中。共振器的镜子将光子前后反射了多次，大大增强了光子和原子之间的相互作用。　　研究人员还通过添加一束激光——控制激光（在铷原子同光子相互作用时，直接射向铷原子），让铷原子吸收一个光子，从而让铷原子进入一种稳定的量子状态。且原子自旋会产生磁矩，该磁矩的方向将决定用来存储信息的稳定的量子状态。　　这个状态可被相反的过程读出：他们再次使用控制激光照射铷原子，使其重新释放出刚开始入射的光子。结果发现，在大多数情况下，读出的量子信息同最初存储的信息一致，也就是所谓的保真度超过90%。而传统不基于量子效应获取的保真度仅为67%。且量子信息在铷原子内的存储时间约为180微秒，这能与以前基于多个原子方法获得的量子存储时间相媲美。　　但是量子计算机或量子网络所要求的存储时间要比这更长。另外，受到照射的光子中有多少被存储接着被读出——所谓的效率，现在还不到10%。科学家正着力进行研究以改进存储时间和效率。　　研究人员霍尔格·斯派克特表示，使用单个原子作为存储单元有几大优势：首先单个原子很小。其次，存储在原子上的信息能被直接操作，这一点对于量子计算机内逻辑操作的执行来说非常重要。另外，它还可以核查出光子中的量子信息是否在不破坏量子状态的情况下被成功写入原子中，一旦发现存储出错，就会重复该过程，直到将量子信息写入原子中。　　另一名科学家斯蒂芬·里特表示，单原子量子存储的前景不可估量。光和单个原子之间的相互作用让量子计算机内的更多原子能相互联网，这会大大增强量子计算机的功能。而且，光子之间的信息交换会使原子在长距离内实现量子纠缠。因此，科学家们正在研发的最新技术有望成为未来“量子网络”的必备零件。
国内量子计算机发展现状
2007年初，中国科技大学微尺度国家实验室潘建伟小组在《Nature·Physical》上发表论文，宣布成功制备了国际上纠缠光子数最多的“薛定谔猫”态和单向量子计算机，刷新了光子纠缠和量子计算领域的两项世界记录，成果被欧洲物理学会和《Nature》杂志等广泛报道。四月，该小组提出并实验实现不需要纠缠辅助的新型光学控制非门，减少了量子网络电路的资源消耗。九月，该小组利用光子“超纠缠簇态”演示了单向量子计算的物理过程，实现了量子搜索算法，论文发表在《Physical Review Letters》上。　　此后，该小组又在国际上首次利用光量子计算机实现了Shor量子分解算法，研究成果发表在国际最权威物理学期刊《Physical Review Letters》上，标志着我国光学量子计算研究达到了国际领先水平。 这一系列高质量的工作已经获得了国际学术界的广泛关注和认可。　　特别引人注目的是，英国《新科学家》杂志在“中国崛起”的专栏中，把中科大在量子计算领域取得的一系列成就作为中国科技崛起的重要代表性成果，进行了专门介绍。
编辑本段第一台商业化量子计算机
在2007年，加拿大计算机公司D-Wave展示了全球首台量子计算机“Orion（猎户座）”。虽然当时只是一台能通过量子力学解决部分问题的原型机，不过也让我们看见了量子计算机的曙光。
近日，D-Wave自豪地宣布，全球首台真正的商用量子计算机D-Wave One终于诞生了！其采用了128-qubit（量子比特）的量子处理器，性能是原型机的四倍，理论运算速度远远超越现有所有的超级计算机。当然，由于其架构特别的关系，目前只能用于处理部分特定的任务，例如高智能AI运算等，通用性还有尚不及现有的传统电脑。同时，D-Wave One在散热方面亦有非常苛刻的要求，自启动起其必须全程采用液氦散热，以保证其在运行过程中足够“冷静”。　　当然了，这样的产品自然不是一般老百姓可以消费的。据称，一台D-Wave One的售价高达1000万美元，而且这个价格还未确定是否包括其中的液氦散热系统。不过作为新技术的开端，这个价格也是必然的。我们相信，随着科技的发展，量子计算机“走入寻常百姓家”将不再是梦想。
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美国社交网站Facebook创办人扎克伯格有了娃后，频频登上新闻头条，除了近期的“裸捐”，他在Facebook上晒出为女儿读书的照片也在社交网络炸开了锅。作为一名科技圈大拿，扎克伯格给娃选的第一个书，名叫《quantum physics for babies》，翻译过来是《给宝宝的量子物理》，给刚出生的宝宝读量子物理？众多父母都傻了眼，扎克伯格完美地诠释了如何在炫父爱的同时秀智商！
作为量子物理界的权威，MIT的Seth Lloyd教授认为：“虽然很多人都无法理解量子物理，但新出生的婴儿恰恰是最能理解量子物理原理的人。”他解释说，在成人看来，一个物体如果没有外力作用的话，它是不会挪位置的，但婴幼儿不理解这些，在他们眼里，一个隐藏的物体可以存在于任何位置，而这也是研究量子物理的基础（文章Peekaboo Reveals Babies Can Understand Quantum Mechanics）。“量子化的直觉“，也被称为婴儿天生的五大最不可思议的技能之一（文章5 Incredible Baby Skills），其余技能为水性、学习能力、韵律感和聪明。
既然量子学这么深奥，为什么还有那么多人愿意去研究它呢？不仅仅是为了探究微观世界本源，满足人类的原初好奇心，实在是因为量子学超！级！实！用！
比如前几天就有新闻宣称，谷歌和NASA共同研究的量子计算机，计算速度是传统计算机的1亿倍。
虽然量子技术如此复杂，让人累觉不爱，但人类对量子技术的研究也绝不会停止，因为它能颠覆整个世界。
比如，量子计算可以让天气预报更准确，通过量子计算机运算可以让我们跟堵车永别，还可以推动生物制药发展，轻松绘制出数以万亿计的分子组合模式，从海量可能性中迅速确定最有可能起效的组合，大大节省研发成本和时间。
总之，量子技术可以让我们的世界发生质的飞越，日常生活的方方面面都会被彻底改变。11月11日，世界上第一种使用Quantum Film技术而非硅材料来捕捉光线、将光子捕捉效率极大提升的图像传感器“Quantum13相机传感器”由美国一家公司InVisage “量宏科技”首创并推出，并且已经在高通和联发科技芯片平台上运行。
熟悉科技产业的公众都知道，一次基础性的材料创新，将会带来不可估量的辐射效应。最著名的例子，就是半导体材料的突破性进展，尤其是其中硅单晶材料的创新，成功推动了高度发展的集成电路技术成熟化，为今天先进的计算机、智能手机等电子设备的诞生，提供了可能性。此外，我们日常生活中不可缺少的宽带网、4G网等，无一不是建立在基础材料创新之上实现。因此，撇开基础材料谈创新，就犹如无水之鱼，不切实际。
清华大学高级工程师、电视显示技术专家万博泉在接受采访时表示，量子显示技术是一种新型显示技术，由于其使用无机半导体材料，所以具有提高画质、延长使用寿命等优点；另外一个优点是其节省了能量，减少耗电。
量子材料是肉眼看不到的极其微小的无机纳米晶体，把导带电子、价带空穴及激子在三个空间方向上束缚住的半导体纳米结构，具有与众不同的特性，每当受到光或电的刺激，便会发出非常纯净的有色光线。目前，使用量子材料的背光源成为了色彩最纯净的背光源，正是由于这一神奇特性，使其在显示领域、太阳能电池、发光器件、光学生物标记等领域具有广泛的应用前景。
有行业人士指出，量子材料是诺贝尔奖级别的技术结晶，是目前科技领域最前沿、最尖端的基础材料之一，其每一次的创新，都会对社会、经济产生直接或者间接的巨大影响。”事实上，量子显示技术已经在电视产业上开始落地，电视产业有望成为量子显示技术大爆发的源动力。
业界把2016年当作量子显示技术发展的关键时期，据悉，三星与TCL等公司将加大量子显示技术的投入，量子技术在电视、手机、平板电脑等显示屏幕上的运用将越来越广泛。
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编者按：量子计算机和人工智能有什么关系？提前剧透一下，量子计算机天然的带有机器学习的属性，将更有利于推进人工智能的发展。再考虑到量子计算机海量的数据处理能力，即便是模仿人类的神经网络的各种互动，也会比现有计算技术拥有更多优势。然而人工智能想要超过人类，终究是一个极其复杂的命题。一起来看一看作者的思路吧。
如果能时光穿越，智库也许不会错误地将美国两次拉入伊拉克战争！更不会有ISIS猖獗和今日中东乱战！因为有了量子计算机，这个能并行运算分析复杂系统问题并辅助决策的“神器”！
首先回顾下公众号“jcibas”双11刊曾预测过的答案，这个超越的时间点将是2045年。（如下图）
我们套用用量子计算的思维解答“人工智能将超人类”问题，下文得到的是一堆近似的答案，我们将进行探讨。
量子计算方式的突破性革命，人工智能将如虎添翼！量子计算更靠谱、更聪明、处理能力更强、更具自我学习、自我编程能力。——漫修远
量子计算的多样性答案和高置信度特性——更靠谱的计算
量子计算的特性就是不确定性。没错，只有一堆的最佳解决方案才是复杂系统的匹配方案。量子计算返回多个答案，其中一些可能是你正在寻找，另一些则不是。这初看像是坏事，但返回答案越多，意味着计算机的置信水平越高！换言之，即更靠谱。
量子计算机的高运算处理能力——运算硬实力
现在的计算机毕竟是二进制的（俗称经典比特），一遇到比较复杂的建模，像准确预测天气，预测更长时间后的天气等等，就会很费力费时；
量子计算D-Wave 2X 系统，在1000个量子比特时，能同时搜索2∧00次方）个可能的方案！可以同时一起展开“并行计算”，从而使其具备超高速的运算能力。
量子计算机能自我学习——更聪明的计算
量子计算也被称为AI co-processors （人工智能协处理器），非常适合人工智能AI及机器学习。
机器学习 machine learning 即授于计算机研究世界并不断从经验中学习的能力。它是人工智能领域的一个分支。
通常，我们编写的代码中的大部分都是相当静态的，即给定新数据，它仍将执行相同的计算，一遍又一遍，并作出相同的错误结果。
使用量子计算机器学习，系统可以设计程序，修改自己的代码，机器可以不断学习新的方法来处理它之前未遇到过的数据。
比如传统的计算机去无法识别它之前从未接触的新图像，因根据传统的计算架构，设计遵循非常严格的逻辑推理。而量子计算机的处理器就非常适合此类需要先质疑，后决策的高级任务！
形象点比喻，相当而言，传统计算是「一根筋」，而量子计算是「活脑筋」。
AI机器学习通常按已知的算法即监督学习法supervised learning algorithm进行的。下图所示谷歌AI实验室在2013年采用了512量子比特的系统，主要应用于帮助科学家建立更有效而精确的的AI模型，用于诸如从语音识别、网页搜索到（生物化学的）蛋白质折叠（模拟）。
到本月8日，运用1000个量子比特的D-Wave 2X系统谷歌试验室的声明，证实了量子计算比传统计算最高快一亿倍的事实。
量子计算机能自我编程——与时俱进的运算
量子计算通过允许编写自己的能量程序，让系统调整能量程序直到上图所有标签显示是正确为止。这也被称为“训练”或“学习”阶段。
注：能量程序 energy program 如下图所示，是量子计算特有的。
即量子在运算之初未定性状态到运算接受的定性状态的程序。
注：图中的‘-1’和‘1’是例举开关灯游戏里的数值，ON = +1 ； OFF = -1
量子比特计算罗斯定律增速&经典比特计算摩尔定律增速——当1亿被忽略不计
量子位数量每年翻番”的别称是罗斯定律，这是用定律的提出者D-Wave的创始人罗斯名字命名的定律。（谨慎起见，我们也称之为罗斯假设）
视频中，我们看到，量子计算基本按照每年翻倍的速度持续增长。
而摩尔定律是：集成电路芯片上所集成的电路的数目，每隔18~24个月翻倍。
如果罗斯假设成立，以个量子比特芯片，每年翻倍的话，按量子计算方法论，我们得出可能的众多答案之一：
个，个，个，个，个，个，个，个，个，个，0个，0个…到2026年约2百万个量子比特芯片诞生。届时，量子计算机能同时提供2∧2048000个解决方案，这个数字足以撑爆小编PC的计算器。
2∧204≈2.57*10^61
2∧*10^616
2∧2*10^6165 （PC机计算机算到此爆表）
作者推断2∧2048000≈ 1后面约有61万个0，我们常用的大计数单位‘亿’，1后面8个0，根本可忽略了。
最后我们团队的数学工程师Fishy Yu，编制了开发者小程序，给出了确切答案：2∧2048000≈ 2.509
欢迎来到量子计算的疆域，其实也意味着您已进入一个海量数字的世界！
工程师Fishy Yu，一开始还诧异，做什么项目需要算这么大的数字? 是啊，目前这个传统计算的世界，接触这类海量数字的机会并不多。
当然，罗斯假设的正确性，是否需要修正，有待时间检验。以上也只是数学推断。也是众多量子计算最佳答案之一，如年份和量子比特数量顺序错开，可能得出2030年得到2∧2048000量子比特芯片等多种答案。
推论至此，量子计算运用于仿生计算机的应用呼之欲出！
仿生计算机的提出是为了解决如何构建大规模人工神经网络的问题。传统计算的CPU/GPU处理神经网络效率低下，如谷歌大脑的1.6万个CPU运行7天才能完成猫脸的无监督学习训练。谷歌大脑实现模拟人脑的突触数量仅为100亿个，而实际的人脑突触数量超过100万亿。采用CPU/GPU的通用处理器构建数据中心，占地、散热以及耗电等都是非常严峻的问题。
100万亿，对于量子计算这个1亿可被忽略不计的时代，海量数据处理根本不是问题，换言之，到那时随着量子计算系统的不断自我学习迭代程序，人工智能超越人类，也水到渠成了！
最后，从量子计算的视角，让我们回顾一下2000多年前，老子在《道德经》这句名言，
“道生一，一生二
二生三，三生万物”。
注：文中有关量子计算事实的描述均引自D-Wave 官网。
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量子物理，是打开世界构成真相和未来的一把钥匙，但量子世界与我们通常肉眼可见的宏观世界截然不同，我甚至认为那些在没有实验支持下提出现代量子理论的科学家，是来自未来或者其他外星文明的穿越客。
在云栖大会上，我主要的精力都花国盾量子展台和相关的分论坛上，在写这篇文章之前又快速读了一遍《量子物理史话》，但严格来说，我对量子物理还是觉得很迷茫，这篇文章只能把真实的所见所感与大家一同分享。
量子通信已不再高冷 它将成为可信通讯的基石
在云栖主会场，当听到阿里云与国盾量子发布量子加密通信产品的第一反应，就是这进展也太快了，因为印象中阿里云与中科院共建量子计算实验室，仅仅是几个月之前，如此短的时间内不太可能有如此重大的技术突破，甚至已经到了产品发布阶段。
量子计算时代离我们还有多远？
当我在微信朋友圈刚发出这则质疑之后，立刻有媒体同行留言说在2层展台已经看到了相关的样品，而另一位资深科技记者马文芳老师则直接指出，量子技术在通信加密上的应用已经比较成熟，所以这次合作推出实际样品的概率也非常大。
我按同行的提示找到了国盾量子的展台，证实了我之前的质疑是错误的，量子计算和量子通信是两个截然不同的科学技术分支，他们的产业化、商业化进程也截然不同。
国盾量子展出的样品，主要是以GHz量子网关和量子加密设备，他们都是依托光纤作为数据传输介质，目的是为了解决量子态的长距离中继和传输。
据国盾量子的技术专家介绍，量子通信的原理是利用量子态的不可复制性，在通信光缆的两段用量子加密，信息若被截获或者复制，量子态被破坏后就会产生乱码，所以量子通信加密甚至被有些专家称为“绝对安全”的数据传输解决方案。
因为光纤存在固有的光子损耗、与环境的耦合也会导致品质下降，这会使得光量子难以进行远距离传送。如何远距离传输量子态，成为一项全球公认的科学难题。在量子通信领域，中国科学家做出了突出的贡献。
早在1997年，中国科学家潘建伟与荷兰学者波密斯特等人合作，完成了未知量子态的远程传输实验；经过十几年的不断探索，2012年，潘建伟领导的团队成功实现了百公里级的自由空间量子隐形传态和缠绕分发，为量子通信卫星的发射奠定了基础，相关科研成果得到了国际权威学术期刊《自然》杂志的重点介绍，并获得了高度评价。
依托这些科研成果，在十几年间中国的量子通信获得了快速的发展，而且已不再局限于城域范围的应用，量子通信有望成为中国通信骨干网络的重要信息保证手段。据潘建伟教授介绍，京沪干线千公里级广域量子通信主干网络预计会在2016年建成，而中国的量子科学实验卫星也有望在2016年发射，从而初步构建中国空地一体的广域量子通信体系。
从上述的介绍中可以看出，中国在量子通信在技术层面经过多年的积累，已经彻底走出了概念高冷的阶段，已经进入到了实际应用阶段。而阿里云与国盾量子的合作，则让量子安全通信产品落地在现实的公有云的应用之中。
据悉，阿里云量子通信产品已用阿里业务完成小规模测试，可实现到达、保密、组网、密钥分发的功能。今年，双方计划将合适的阿里业务切到量子安全域，进行规模化验证，而通过实际应用的考验，也会对量子通信的应用落地起到积极的促进作用。
可以预见，在不远的未来，量子通信有望成为信息安全网络建设的一个新利器，像高铁技术一样成为让海外市场心动的高科技拳头产品。
量子计算还需遥望，它距离实际应用还有很长的路
相比于提升信息传输安全性的量子通信，量子计算的前景就更让人心驰神往。参与中国科学院-阿里巴巴量子计算实验室项目的中国科学技术大学陆朝阳教授，在10月14日做了一场题为《量子物理重塑互联网》的分论坛演讲，对量子计算的未来做出了令人振奋的描绘。
据陆朝阳教授介绍，量子因为叠加态的存在，所以它不是非0即1的两种状态，而是具有更多的状态，随着量子位（qubit）的提升，量子计算的能力会出现指数级的增长。量子计算机可以同时对2的N次方个数进行数学运算，相当于经典计算机重复实施2的N次操作。例如，求解一个亿亿亿变量的方程组，具有亿亿次计算能力的“天河2号”需要100年，而万亿次的量子计算机理论上只需要0.01秒就可以求解。
量子计算相当于重构了一个新的世界，从70年代IBM科学家R. Landauer及C. Bennett提出量子计算的构想，再到2007年2月，加拿大D-Wave公司推出16位量子比特的超导量子计算机，用于一些特定应用之中。但真正意义上的通用型量子计算机距离我们还比较遥远，D-Wave的量子计算机需要在接近绝对零度的工作环境中使用，量子计算所需要的算法不能在现有的电子计算机上模拟和验证；量子计算机需要利用量子相干性特性，但在现实之中，量子相干性极难保持，它在周围环境的影响下会导致消相性。
从量子态的控制、量子编码再到量子存储，目前还存在很多技术难题，所以我们距离真正体积小巧、成本低廉的通用型量子计算机还依然遥远。陆朝阳教授直言，中国在量子计算领域并不像在量子通信方面具有国际领先的技术优势。
中国企业应该养成对前沿科技“高消费”的习惯
通过在云栖大会上的学习，以及之后两天在网上恶补量子物理知识，我对量子通信已经实现落地公有云应用的进展深感振奋。
但就像著名科学家、量子物理理论重要的奠基任玻尔所言：“谁要是第一次听到量子理论时没有感到困惑，那他一定没听懂。”按照现有的知识储备，我无法对量子通信和量子计算的具体方案作出适当的评价，但对于量子技术对科技产业未来的影响，我还是非常乐观。
在冯诺依曼体系的现代计算机产业中，包括互联网的诞生，都得益于来自美国军方在财力、物力、人力上的对前沿计算的大力投入，这也使得美国掌握了信息产业的核心技术和资源，也孕育出了诸如IBM、英特尔、微软等全球性的科技巨头。
而中国在上一波计算机普及浪潮中，虽然努力追赶，但并未贡献太多能够真正能够影响世界的技术和产品。而在互联网时代，中国出现了阿里巴巴、腾讯、百度这样的世界级巨人，他们从体量到影响力，都足以与国外同领域的对手抗衡。
阿里巴巴与中科院国盾量子合作推出量子加密通信产品，在2015年7月阿里巴巴携手中科院共建立量子计算实验室，这都是从底层技术上抢占战略制高点的选择。
马云在云栖大会上谈到用消费提振经济时，用玩笑的语气说：“什么是消费，消就是可以消耗的东西，费就是可以浪费的东西，如果你不会把能够消耗的东西和浪费的东西做好，你就永远不会做出消费来。”
其实在我看来，企业在研发上持续的高投入，是一个企业真正的具有眼光和前瞻性的“高消费”行为。IBM、英特尔等国际科技巨头能够长盛不衰，最根本的一条就是坚持在底层技术和应用技术上的持续投入。
从现实的角度来说，量子通信可以快速与阿里云上的应用快速融合，从而提升阿里云的信息安全等级，但阿里巴巴在量子计算即便投入巨资，在短期内也无法产生直接的经济收益。
但如果没有前期的栽树育苗，哪有之后的绿树成荫？如果没有现在的投入，阿里巴巴也不可能有在量子计算时代领先的机会。阿里巴巴集团首席技术官王坚博士表示，“以前我们国家在科学技术发展方面在世界总是处于比较落后位置，我们总是在享受世界科技发展的成果。往往是我们遇到了问题，然后向世界去寻求答案。但这次是我们的一个机会，一个给世界一个答案的机会。”
在未来的DT时代，数据有可能是最重要的生产资料，而计算则有可能成为整个DT经济的主引擎。为了无法计算的价值，为了抢占DT经济的战略制高点，中国企业应该选择在研发投入上保持“高消费”的习惯，一方面加强自研实力，另一方面是与高校与科研院所合作。显然，这些科研投入不能够保证每一分钱都产生经济效益，但没有足够的经费冗余和成果积淀，则不会有中国企业在真正意义上实现世界范围的技术领先，中国企业在科研上的“高消费”可以来得更猛烈些。
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澳洲科学家在量子计算研究领域再次取得重要突破。据澳大利亚贸易委员会(Austrade)最新消息，悉尼新南威尔士大学(UNSW)科研人员找到一种新方法，可利用量子计算技术制造硅基计算机芯片。这项重大研究成果为制造超高速量子计算机奠定基础，相关研究论文已于近日发表在国际著名期刊《自然》(Nature)杂志网络版上。
　　ACB News《澳华财经在线》报道，UNSW研究小组带头人Andrew Dzurak表示，本次研究成果对于制造量子计算机具有历史性意义。澳洲工程师用半导体材料硅制造出量子逻辑门(quantum logic gate)，首次使两个量子比特(quantum bits)或者“量子位”(qubits)间信息计算成为可能。
　　作为打造量子计算机的基本元件，两比特量子逻辑门的成功制造具有里程碑意义。“更重要的是，我们利用硅成功制造出这种元件”，Dzurak教授说道，“这一成果克服了研究人员利用硅材料制造量子计算机所面临的最后障碍”。
　　传统电子计算机用“比特”作为信息存储单位。按照传统计算系统，数据信息主要以二进制数码“0”和“1”形式存储，两种状态无法共存。每个比特均储存在一对晶体管中：一个关闭，则另一个开启。而量子计算机计算过程则由诸如电子和原子核一类的量子粒子实现，每个粒子代表一个量子位。量子位具有一种独特能力，可以同时处在两种不同的状态。
　　量子位这种独特能力被称作“量子态叠加”(Quantum Superposition)。量子计算机利用量子粒子的这种性能和特点，用“量子比特”作为信息存储单位，可确保计算机快速处理海量数据，解决复杂的数据密集型难题。
　　世界各地的科学家都在致力于利用特殊材料开发新型系统，UNSW研究团队的关键优势在于：利用具有半导体特性的硅作为基础材料。
　　硅作为晶体管的载体在制造计算机芯片方面具有显著优势。《自然》杂志论文首席作者Menno Veldhorst博士介绍称，智能手机或者平板电脑中的硅基芯片上可刻蚀将近10亿个晶体管。UNSW研究人员通过使单个晶体管与单个电子相互连接，可将这些硅晶体管成功转变为量子比特，并借助电子“自旋”(与电子微小磁场相关)将信息数据存储起来。
　　Dzurak教授强调，他所带领的研究小组近期已经取得设计原尺寸硅片的专利权。这些硅片一旦制作成功，“上百万个量子比特可共同完成我们之前在试验过程中所演示的各种计算”。他表示，研究小组下一步工作的重心将是寻找合适的行业合作伙伴，然后按照原尺寸共同制造量子计算机硅片。
　　量子处理器的发明将对多个产业造成影响，包括金融、安保、信息技术和医疗保健等。
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22日，2015中国计算机大会在安徽合肥开幕，麻省理工学院教授、2014图灵奖获得者、美国工程院院士MichaelStonebraker，中国工程院院士、国家自然科学基金委员会信息科学部主任柴天佑，中国工程院院士、计算机工程和人工智能专家
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李德毅等来自海内外的计算机领域的诸多顶级“大腕”现场助阵。
　　中国计算机大会，是中国计算机领域规模最大、规格最高的学术、技术、产业交融互动的大会，创建于2003年。本届大会以“互联网催生新经济”为主体，探讨互联网+新经济中面临的技术挑战和问题。并对类脑研究、人工智能、工业大数据与中国制造2025、智能语音、机器人等前沿热点问题进行研讨，共商发展对策，有助于促进和推动中国计算机事业的创新发展。
　　当日，特邀麻省理工学院教授、2014图灵奖获得者、美国工程院院士MichaelStonebraker作报告。据悉，图灵奖是计算机界最负盛名、最崇高的一个奖项，有“计算机界的诺贝尔奖”之称。此外，中国工程院院士、国家自然科学基金委员会信息科学部主任柴天佑作《智能制造与智能优化制造》的报告，中国工程院院士、计算机工程和人工智能专家李德毅作《脑认知的形式化》的报告，中科院院士、中科大常务副校长潘建伟作《量子计算与量子模拟》的报告。
　　潘建伟长期从事量子光学等方面的研究工作，其研究成果同伦琴发现X射线、爱因斯坦建立相对论等一起选为“百年物理学21篇经典论文”。他介绍，由于高精度量子操控技术的极端复杂性，目前量子计算研究仍处在早期发展阶段，像经典计算机那样具有通用功能的量子计算机最终能否成功，对整个科学界还是个未知数。但理论研究表明，与通用量子计算机相比较，量子模拟机这样一类针对解决一些重大问题的专用量子计算机，在量子比特数目等方面的技术要求并没有那么高。比如，对“波色取样”这样的问题，一旦达到50个左右光子的纠缠，量子模拟机的计算能力就能超过目前最快的“天河二号”超级计算机。他说，量子模拟具有重大实用价值，可为人类开发新材料和新能源提供重要指导，孕育和推动物质科学领域新一代技术革命和产业变革，有望在10至15年内取得重大突破。
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解放日报 解放网讯 （记者 任翀）中国企业在量子通信领域迈出了重要一步——量子安全通信产品首次落地公共云，标志着互联网迈入量子时代。今天，阿里云与中科院旗下国盾量子联合发布量子加密通信产品。双方已在阿里云网络环境建立多个量子安全传输域，通过量子传送门实现同城数据中心互联组网，为客户提供无条件安全数据传输服务。
据悉，这是全球首家云服务商提供量子安全传输产品落地服务。这项成果的发布，将对全球量子研究和云计算发展具有里程碑意义。
中国科学院院士潘建伟表示，进入21世纪以来，量子通信成为国际上量子物理和信息科学与技术的研究热点。一旦真正意义上的通用量子计算机问世，将比目前最先进的超级计算机运算速度快百亿亿倍。但随着人类计算能力突飞猛进的发展，经典加密通信被破译的风险与日剧增。而新发布的量子通信安全技术是目前唯一的安全性得到严格证明的保密通信方式，即使未来量子计算机出现，也能保证数据安全。量子加密传输通过量子密钥无条件地保障信息安全，传输过程中的一切信息截获、密码破译、黑客技术，都将变得无能为力。
另据了解，中科院与阿里云联手在上海成立的量子实验室也在紧张研发中，进一步开展量子信息科学领域前瞻性研究，包括研制量子计算机和相关技术。
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据机器之心前方记者报道，在昨天举行的2015云栖大会上，阿里云与中科院联合发布了量子加密通信产品。目前，双方已在阿里云网络环境建立了多个量子安全传输域(Quantum Portal)，通过量子传送门实现同城数据中心互联组网，能够为客户提供无条件安全数据传输服务。
　　此前7月，阿里云在上海宣布联合中科院成立一个全新的量子计算实验室，共同开展在量子信息科学领域的前瞻性研究，研制量子计算机，这也是全球科技公司在量子研究领域争相争夺的另一焦点。
　　据透露，目前阿里云量子通信产品已用阿里业务完成小规模测试，可实现到达、保密、组网、密钥分发的功能。今年将正式把合适的阿里业务切到量子安全域，进行规模化验证，同步进行开服的准备工作。
　　阿里巴巴集团首席技术官王坚博士表示，量子加密通信远远不只是一种全新的加密手段，将是新一代网络信息安全解决方案的关键技术，让互联网在未来50年都能更加安全。
　　什么是量子计算？
　　量子计算是指一种使用量子逻辑进行通用计算的设备。不同于传统计算机，量子计算用来存储数据的对象是量子比特（qubit）。量子比特和传统比特之间最大的不同就在于，传统比特同一时刻只能处于某个特定的状态，而量子比特可以同时处于不同状态的叠加态，也就是「量子叠加态」，这使得它能以少量的数据包含巨量的信息。
　　那么，量子计算机的原理是什么呢？为什么不能完全取代传统计算呢？下面这个视频将为你讲得一清二楚。
　　点击观看：/page/k/j/d/k01688q8qjd.html
　　除了阿里和中科院，还有很多大公司都有涉足该领域。IBM、微软、谷歌都对量子计算展开了研究。谷歌还与NASA联合成立了量子人工智能实验室（QuAIL）。2014年，谷歌正式雇佣美国加利福尼亚大学圣芭芭拉分校的约翰·马丁尼斯（John Martinis）成立超导量子计算实验室来开发量子计算机芯片，开创了私人公司全资资助量子计算实验室的先河。[2]谷歌同时表示，除了自主研发，他们仍会与继续与D-Wave公司（坐落于加拿大本拿比）保持合作关系。该公司于2013年5月曾向谷歌公司出售了一台计算机，并宣称其是世界第二台商业量子计算机。
　　量子通信保护你的密码
　　量子计算机会带来什么问题呢？简单来说，它会让你的密码暴露无遗。现在，我们在网上输入密码时，使用的加密算法是一种依靠计算复杂度的RSA加密技术。举个很简单的例子，两个300位数的质数相乘非常容易，但是，要将一个600位数的数字进行因数分解，以找出它是哪两个质数的乘积，就太困难了。如果用传统的计算机，需要花费的时间可能比整个宇宙的年龄还长。但是，如果有了量子计算机，它们就能完成一些人们认为在普通计算机上无法完成的计算任务，其中包括一些在我们生活中非常重要的计算。例如，如果一台计算机能够在合理的时间内，将一个大数做因子分解，那么广泛使用的加密方法就会被破解。几乎所有用于高度机密数据的加密方法都会在某种量子算法面前变得不堪一击。
　　1995年，贝尔实验室的彼得·舒尔（Peter Shor）就提出了一种量子算法，可以用遍历的方法来获得因子，这对并行计算的量子计算机来说是很简单的事情。
　　所以，如果量子计算机研发成功，传统的加密技术立即功亏一篑。
　　此时，量子通信就有了用武之地，它将保护由量子计算机带来的潜在安全隐患。
　　量子通信是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通讯方式。量子通讯是近二十年发展起来的新型交叉学科，是量子论和信息论相结合的新的研究领域。量子通信主要涉及：量子密码通信、量子远程传态和量子密集编码等，近来这门学科已逐步从理论走向实验，并向实用化发展。高效安全的信息传输日益受到人们的关注。基于量子力学的基本原理，并因此成为国际上量子物理和信息科学的研究热点。
　　量子通信的现状与未来
　　如今，小范围的量子密码分配已经走出实验室得到应用，量子隐形传态技术也早已在实验室实现。
　　量子通信最先进入应用领域的是量子密码分配方案，可以由人类已应用多年的激光器，光纤，以及偏振分光棱镜等光学器件实现。目前国际上投入应用的量子密码分配网络有位于美国波士顿的DAPRA 量子网络（DAPRA QuantumNetwork），由哈佛大学和波士顿大学联合几家公司在2004 年建成；同年，瑞士的ID Quantique 公司已经开始将量子密码分配网络投入商业化；第一个量子密码分配的计算机网络位于奥地利维也纳的SECOQC，由量子信息技术世界顶尖的奥地利科学院量子光学与量子信息研究所（IQOQI）和维也纳大学在2008 年建成。中国这方面的产业化也已经走入世界前列。中国科学技术大学的团队在合肥于2012 年建立了中国第一个量子密码分配的安全网络。
　　量子密码分配毕竟还是用量子通信技术传输经典信息。而利用量子纠缠态的量子通信才是真正在传输量子比特。出席了今天云栖大会的中国科学技术大学潘建伟院士，就带领团队在世界上首次实现了：量子隐形传态，量子纠缠态交换，自由空间的量子隐形传态，三光子、四光子、五光子和六光子纠缠，使中国在量子通信研究的竞争中超越奥地利，成为如今全世界的领跑者。
　　量子隐形传态在2012年已经实现了143 km的记录，下一步将是建立地面和卫星之间的传输。毫无疑问量子隐形传态将成为下一个投入应用的量子通信技术，而且直接传输量子比特的优势，会使它和量子计算机能一起构建起量子互联网，即量子信息时代的互联网。[1]
　　量子计算机的最大障碍：退相干
　　目前，量子通信技术已日渐成熟，但量子计算的突破才刚开始，还需要经过许多年的研究才能大规模应用。量子计算机目前存在的最大问题就是，如何克服退相干。退相干是指量子叠加态坍缩成一个确定无疑的状态的现象。前文的视频中我们也看到，一旦你对粒子进行观测，就意味着会有其他粒子与之发生交互，那就会摧毁叠加态，使得它所存储的信息丢失掉。这个概念最早由德国物理学家迪特尔·策（Dieter Zeh）在20世纪70年代提出。正因为此，所以我们无法观察到宏观物体（比如薛定谔的猫）的叠加态，因为它们在很短的时间内就已经退相干了。
　　量子计算与人工智能
　　十几年前，英国数学物理学家罗杰·彭罗斯（Roger Penrose）曾提出，我们的大脑也许就是一台量子计算机。也有许多人提出「量子意识」和「量子认知」的概念，用量子力学的某些原理来解释人的大脑和行为。但是，MIT宇宙学家Max Tegmark对神经元进行计算后却发现，假如一个神经元的发射需要100万个钠原子穿越细胞膜，那这100万个钠原子可能同时处于神经元内外的叠加态，那么，由于大脑中存在太多粒子（水分子等），那么大约在10^(-20)秒后，就会因粒子的相互作用而发生退相干。如果不用神经元，而采用微管进行计算，则退相干的时间约为10^(-13)秒。在如此短的时间内，大脑根本意识不到退相干之前的信息，因此他认为，人脑不可能是量子计算机，不足以进行量子计算。
　　那么，量子计算是否真能揭开大脑的秘密，并开启人工智能的巨大潜力呢？等到人类解决了退相干的问题，这个谜底就会自然解开。那时候（也许用不了50年），由于已经有了量子通信的加密技术，所以，不用太担心你的密码会被盗。
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最近，密码学家十分头疼，因为可以攻破互联网安全屏障的量子计算机正在势不可挡地迅速发展。尽管人们预计实用量子计算机至少在十年以后才会出现，但是密码学研究者坚信，我们必须从现在开始着手应对。
9月初，计算机安全专家在德国召开会议，商讨用何种密码系统取代现在广泛应用的系统来抵御量子计算机的攻击。他们需要用新的协议保护互联网和其他数字网络中传输的私人信息，以防他人窃取。虽然黑客往往能够通过猜密码、伪装成合法用户、在网络上安插恶意软件等方式窃得他人隐私，但是现有的计算机仍然无法破解经过标准形式密码加密的敏感信息。
网络安全行业紧盯量子计算革命
今天应用最为广泛的加密技术未来将无力抵抗量子计算机的攻击
然而，第一台大型量子计算机问世之日，便是如今的核心加密方法过时之时。量子计算机利用了亚原子粒子层面的物理规律，因此很容易攻破现有的密码系统。Michele Mosca说：“我确实非常担心，我们可能根本来不及做好准备。”他是加拿大滑铁卢大学（University of Waterloo）量子计算研究院（Institute for Quantum Computing, IQC）的合作创建人之一，同时也是网络安全咨询公司evolutionQ的首席执行官。
政府和工业界还需要花几年的时间才能最终决定使用哪种密码系统替代现有系统，以对抗量子计算机。任何可能的替代方案即使初看上去无懈可击，也需要理论与实践的大量检验；只有经受住大量的检验，新的密码系统才足以为高安全级别的信息传输提供保护，包括受知识产权信息、财务数据、国家机密等。
“要判断一个密码系统是否可靠，需要耗费大量人力审查，并且设计各种可能的攻击方法进行试验，检测它是否有漏洞。这项工作非常耗时。”Stephen Jordan说。他是马里兰州盖瑟斯堡（Gaithersburg, Maryland）的美国国家标准与技术研究所（US National Institute of Standards and Technology, NIST）的一位物理学家。
今年，密码学、物理学和数学方面的专家已经多次集会讨论，评估并改进了一些相对更能够经受量子计算机攻击的密码工具。本周在德国瓦登的达克斯图堡-莱布尼茨信息中心（Schloss Dagstuhl-Leibniz Center for Informatics）召开的讨论会就是其中之一。此外，NIST已经在四月召开了自己的会议，而IQC将与欧洲电信标准研究所（European Telecommunications Standards Institute）一道于十月初在首尔举行另一场会议。
情报机构也开始关注量子计算。8月11日，美国国家安全局（US National Security Agency, NSA）在向技术供应商和客户发布安全建议时表示，他们正在考虑换用可以抵御量子攻击的新安全协议。今年早些时候，荷兰综合情报与安全局（Dutch General Intelligence and Security Service）在其网站上发布了一份备忘录，其中专门列出了一项被称为“先拦截，后破译”的潜在威胁。恶意攻击者可以从现在就开始拦截并存储金融交易、个人邮件以及其他已加密的敏感信息，等到制造出量子计算机以后再一举破译。Jordan说：“我相信现在真的有人在做这种事。”出于这种考虑，人们对可抵御量子攻击的加密技术的需求将更加迫切。
早在1994年，数学家Peter Shor就从理论上提出，量子计算机可以快速攻破当今主流的RSA密码系统（P. W. Shor文章在预印本网站上的地址http://arxiv.org/abs/quant-ph/; 1995）。Mosca说，当时人们对于制造出实际可用的量子计算机的预期并不乐观，因为研究者认为这种机器必须丝毫不出差错才能工作。但是，1996年的又一项理论研究结果表明，只要能够将量子计算机的差错率控制在一定限度内，它便同样可以有效运行。
Mosca指出，根据已经公布的实验结果，小型量子装置已经开始接近这个差错率阈值了。并且，由于NSA等情报组织十分热衷于这项技术，人们大都认为已经公布的结果并不代表这一领域的最前沿成果。“我们必须假定现在已经有人把量子计算做到领先公开文献水平数年的程度，而不能等到《纽约时报》这样的媒体都把它搬上头条了才开始准备应对。”
如今，互联网通信安全部分依赖于公钥加密技术，RSA就是其中一种加密方法。发信者用任何人都可以获得的公钥为信息加密，而密文只有掌握有私钥的收信者可以解读。RSA密码之所以安全，是因为我们很难将一个很大的合数分解成质数的乘积，而这些质数正是解读密文所需要的密钥。一般情况下，待分解的数越大，分解工作就越困难。现有的计算机要耗费很长时间才能分解一个大数，其中一个原因是我们根本没有快速算法。但是，量子计算机分解大数的速度相对传统计算机而言将有指数级别的提高。如果分解大数变得容易，那么RSA的安全性也就无从谈起了。
目前，已经有几种新的公钥密码系统可供选择，它们用量子计算机无能为力的复杂数学问题替代了RSA的大数分解问题。尽管这些密码系统并非绝对安全，但是研究者认为它们在对抗量子计算机方面还是颇为实用的。
格点加密法（lattice-based cryptography）是一种可能的替代方案。其公钥是高维数学空间中的点阵，一种加密方式是把信息隐藏在格子中距离某个格点一定距离的地方。欲求解信息到格点的距离，不论是用传统计算机还是量子计算机都十分困难，但是只要有了密钥，收信者就可以便捷地计算出信息与格点之间的距离。
McEliece加密法是另一种备选方案。它首先把信息转化成一个简单的线性代数问题的解，再用公钥把简单问题转化成一个看起来复杂得多的问题。然后，只有掌握密钥的人才能够把复杂问题转化回去，从而解读信息。
这些替代方案有一个共同的缺点：它们存储公钥所需要的空间是已有的密码系统的1000倍。不过，有些格点加密法的公钥并不比RSA的公钥长很多。并且，上面提到的两种方法的加密和解密速度都比RSA快，因为它们所涉及的只是简单的乘法和加法，而RSA则要用到更复杂的运算。
PQCRYPTO是欧洲学术界与产业界的量子密码研究者组成的团体，它在9月7日发布了一个初步报告，其中推荐了一些可以用来抵御量子计算机的加密方法（参看/5kellc）。报告推荐了自1978年起使用至今的McEliece加密法作为公钥加密法。这个研究经费高达390万欧元（约合2800万人民币）的合作项目的领导人Tanja Lange建议人们现在选择这种最安全的密码系统：“在项目进展期间，McEliece加密法的空间消耗以及计算速度都会有所改善，而且更重要的是，现在选择这种密码系统，就意味着你可以获得最大程度的安全保障。”
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真正实用的量子计算机还没有变成现实，但NSA已经提前开始准备。量子计算机在并行处理上远胜于经典计算机，很多经典计算机难以破解的加密算法对于量子计算机不再是难题。NSA宣布了过渡到抗量子计算机加密算法的计划。NSA称它将以开放透明的方式开发下一代加密算法组件
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　由中科院光电技术研究所承办的2015年中国光学学会学术大会，于8月14日至17日在成都召开。昨日，中国科学院院士、中国光学学会理事长郭光灿表示，我国量子通信的实际应用走在了国际前沿，“我们的量子通信，在100公里的范围内已接近实际应用”。
　　量子计算机将改变生活
　　此届中国光学学会学术大会在会议讨论环节设立约20个专题，涵盖光学及光学工程领域近100个子专题研究方向。来自大学、科研院所等从事光学及光学工程领域的专家等1000余人参加会议，周炳琨、郭光灿、王启明、庄松林等10位院士到场。
　　郭光灿院士接受采访时表示，目前，他主要在进行量子计算机、量子保密通信的研究工作，“形象地说，量子密码是一种无法被破译的最安全密码。”谈及量子计算机未来将如何给人们的工作和生活带来巨变，郭光灿做了一个对比：“比如，在计算方面，计算机与算盘两者之间的差距是天壤之别。未来，量子计算机诞生后，那么，现在人们使用的计算机的功能和速度和它相比，就相当于曾经的算盘。”他形象地打了个比方，“量子计算机的强大功能比较类似于科幻片《超体》里面的超级计算机。”不过他表示，量子计算机的诞生，应该还在比较遥远的未来。
　　自适应光可治愈成人弱视
　　根据现在的医疗技术水平，弱视的治疗一直被强调最好在8岁以前进行。昨日，中国科学院成都分院院长、成都光电技术研究所所长张雨东向记者表示，目前，人眼自适应光学矫正仪已进行了上百例临床实验治疗，治疗对象的年龄均在12岁以上，其中大多数治疗对象在20岁至30岁之间，治愈率接近8成。
　　为何想到将常用于天文学的自适应光学系统运用于视力治疗？张雨东追溯道，“对成都光电技术研究所而言，从1998底便开始研究这项技术。”他解释说，人眼并非是完美的光学系统，除了存在近视、远视等“低阶像差”以外，还存在着难以用普通光学手段矫正的“高阶像差”。而自适应光矫正仪器就是将视觉神经系统和自适应光学矫正技术相结合，矫正人眼的高阶像差，使成年人即使在完成了视觉皮层发育后，仍有机会通过科学技术手段提高视力。
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