同江老科協 侯長俊
一、量子通信
二、量子計算機
三、“墨子號”量子衛星
一百年后的今天量子物理已成為科學技術的高峰，基于量子規律的新技術不斷涌現，這些量子技術深深地影響和改變人類的生產，生活。在工業、農業、醫藥醫療等方面的應用正在興起，其中最注目的就是信息通信和計算機方面取得的成就。
一、量子通信
量子通信是指利用光子等基本粒子的糾纏效應來實現的通信過程。量子通信是高保密、大容量、遠距離的新型通信方式，量子通信有兩個發展方向，量子隱形傳態和量子密鑰分發。
量子隱形傳態，是把一個A的量子態傳給另一個量子B。讓B變成A的最初狀態。這不是郵遞員的實物傳遞。它傳輸的不是量子本身，而是量子態攜帶的量子信息。想象這傳輸過程，先提取原物所有信息傳給接收方，接收方依據信息選取構成原物完全相同的基本單元，制造出原物完美的復制品。這種理想傳輸因不確定原理，在測量技術未取得突破之前是無法實現的。這種沒有載體、超越光速的真正量子通信尚離我們還遠。
那么隱形傳態是如何實現的，1993年科學家提出用經典和量子結合的辦法。先制備一對糾纏粒子分放于通信雙方所在地。將一個攜帶量子信息的量子態粒子和發射方粒子進行聯合測量（即操控），接收方粒子瞬間坍塌，這個狀態與發送方粒子坍塌后的狀態是對稱的，后把測量的信息通過經典信道告知接收方，接收方根據接收到的信息對坍塌粒子進行逆轉變換即可得到與發射方完全相同的未知量子態。打個比方，把一付撲克牌隨機分成兩部分，由信使帶一部分到接收方B地，另一部分留在發射方A地，兩部分撲克牌可以看做一對糾纏粒子，即密碼，一旦知道一方密碼就可知另一方密碼。A方把測量結果用經典信道告訴B，B同時知道了A的密碼，B就可以用密碼解讀A傳遞的信息。
量子傳輸的安全是由量子坍塌特性決定的。測不準原理，單光子不可再分和不可克隆保證了量子傳輸的絕對安全。量子傳輸的高效是由量子迭加特性所決定的。傳輸信息量的基本單位稱比特，一個電子比特代表經典二值系統“0”或“1”的一個取值的信息量，即一次發送一個“0”或“1”。量子比特代表雙態系統“0”和“1”的取值的信息量，即一次發送“0”和“1”的迭加。如n代表發送次數，電子與量子傳送比特比就是n : 2n，若發送10次就是10個電子比特比1024個量子比特，隨n的增大2n的數字將驚人的大，故量子傳輸的容量大，效率高。
2、量子密鑰分發
量子密鑰分發是量子通信中的一種加密方式。它可以為分隔兩地的用戶提供無條件的共享密鑰。被認為是最安全的加密方式。密鑰就是密碼和解密技術。通信安全與否要看抵抗黑客攻擊的能力，該技術的核心是實現了測量設備無關的量子密鑰分發。這就先天免疫了任何對探測系統攻擊的黑客。該成果極大地推動了光纖遠距離通信的發展。
量子密鑰分發實質是依托光纖通信，利用光子不可再分的物理保密特性給經典通訊加了一把密碼鎖。目前由中科院潘建偉教授主導的量子密鑰通信已形成產業化，從城域保密通信，到2000Km京滬通信干線，最近又實現了垮州際量子保密通訊，很好地實現了與京滬通信干線的匹配，在這一領域中國走在了世界的前列。
六、量子計算機
在電子計算機發展受到高能耗和集成線路發熱的制約下，電子計算機的運算能力近乎到了極限的背景下。1981年由美國科學家弗曼首先提出并制做了量子機算機。
量子計算機是按量子理論進行高速數學和邏輯運算，存儲及處理量子信息的裝置。量子計算機能問世完全取決量子相干、疊加特性。量子相干、疊加性和量子算法構成量子計算機的原理。
電子計算機是利用電子有開、關即0或1的二個邏輯態，進入二進制系統進行運作的；量子計算機可制備0和1的雙子疊加態進行運作。電子計算機是靠一個個電子比特相加進行運算，量子計算機是靠多個量子比特同時參與的并行運算。若計算機運算n次，電子計算機只有n個電子比特，量子計算機就有2n個量子比特。量子疊加打開了計算能力的空間。量子計算機的運算能力，取決于可操控量子比特的多少。美國起步最早可操控量子比特9個、日本6個，中國10個。多1個比特運算能力大一倍。中國在國際處于領先地位，中國科學家預測到年底可操控20個糾纏粒子。中科院“一號工程”將投資70億元建立世界罕見的量子信息國家實驗室，其中一項重要任務就是搭建中國首臺量子計算機，其能力將比全球計算機加起來還要快100萬倍。
七、“墨子號”量子衛星
墨子是中國古代科學家，最早提出光是直線傳播的，并實踐了小孔成像。為紀念他在早期物理光學方面取得的成就，故以他的名字命名量子衛星。
發射“墨子號”量子衛星的目的一是檢驗量子理論在實驗室表現出的奇異特性，在太空中是否也存在，進而實現星地量子通信傳輸。二是借助衛星平臺實現地面遠距離量子通信。“墨子號”量子衛星已圓滿完成了量地高速密鑰分發，量子糾纏分發和量子隱形傳態三大任務。就在今年九月二十九日“墨子號”量子衛星又實現了跨州際量子通信，并完美地與京滬光纖主干網實現了匹配。中科院院長白春禮在北京進行了人類第一次用量子加密技術同世界聯系，同遠在歐州的奧地利科學院院長，安東塞格通話，與合肥、濟南、上海、新疆等地進行視頻通話。“墨子號”一星的成功將為“墨子號”多星上天建立一個不可竊聽、不可破譯，不怕攻擊的全球通信網奠定堅實的基礎。