量子資訊理論

量子資訊理論（quantum information theory）包括的量子信息和量子計算，已成為量子力學與資訊理論的新交叉學科。量子信息和量子計算是以量子力學的糾纏態為基礎的。

基本介紹

• 中文名：量子資訊理論
• 外文名：quantum information theory
• 學科性質：量子力學與資訊理論的新交叉學科

理論詮釋

量子信息和量子計算以量子力學的糾纏態為基礎。新的發展解決了一系列基礎問題，如糾錯問題、量子密碼及有關的量子非克隆定理、量子遠程傳態、退相干的避免或減小等問題。新的算法也不斷湧現。量子信息學的進一步發展大大豐富了量子力學糾纏態的理論，使量子信息可測量混合、蒸餾（提純）、濃集和稀釋等問題。

通常計算機是用二進制數字為基礎進行計算的。數字0和1稱為經典比特。量子比特由兩個不同的量子狀態∣0〉和∣1〉（如自旋的上和下）實現。二者最本質的區別是量子比特可處於態的線性疊加上，如α∣0〉 +β∣1〉。1982年理論物理學家R.費因曼指出，用經典計算機不能有效地模擬量子體系。1985年D.多依遲進一步闡述了量子計算機的概念，指出經典計算機不能通過有限次操作精確模擬量子體系，而基於量子比特的量子計算機則能夠做到。第一個量子算法是P.紹爾在1994年提出的大數的素數分解。用量子算法對一個L位的大數進行素數分解所需時間和L²成正比，而用經典算法則與exp(L^1/3)成正比。1996年L.格羅沃提出了快速搜尋的量子算法。在一個包含N個數據的無序資料庫中找出一個確定的對象用量子算法需搜尋的次數是N^1/2量級，而用經典算法所需次數是N量級。

技術方案

量子計算機在理論上具有強大的功能，實現上也沒有原則性的障礙，但到具體實現還有很長的路要走。物理實現上有很多方案，比較集中研究的有量子阱方案、腔量子電動力學方案、原子核自旋方案、核磁共振方案、固體量子計算機方案等。對最終實現量子計算機，早期曾有過一些悲觀的論調，隨著工作的進展樂觀情緒開始增加。有的學者認為，50量子比特的量子計算機有可能在10年左右實現，其威力將大大超過經典計算機。