大話量子通信（贈(zèng)書福利又來(lái)啦~）

問：“聽說(shuō)你是搞量子通信的，我知道什么是通信，但什么是量子呢？”

答：“量子是物理量的最小單元，多數(shù)情況下由基本粒子攜帶。”

追問：“量子通信就是說(shuō)拿量子來(lái)通信嗎？”

答：“不完全是，嚴(yán)格地說(shuō)是利用量子力學(xué)的一些原理來(lái)通信?！?/span>

再追問：“什么是量子力學(xué)呀？遇事不決那個(gè)嗎？”

答：“這個(gè)就說(shuō)來(lái)話長(zhǎng)了……”

每一位量子通信的從業(yè)者，面對(duì)親朋好友的提問時(shí)，都難免要解釋一遍什么是量子力學(xué)。

的確，作為物理學(xué)專業(yè)最重要的一門課（可去掉之一），量子力學(xué)幾乎主宰了整個(gè)現(xiàn)代物理學(xué)，也顛覆了人類的世界觀。如同宇宙撥開了經(jīng)典力學(xué)的外衣，看到了量子力學(xué)這個(gè)神秘的本來(lái)面目。

量子力學(xué)離普通人是那么遙遠(yuǎn)，鮮有人會(huì)主動(dòng)去學(xué)習(xí)這門物理學(xué)專業(yè)的課程（不自量力=不要自學(xué)量子力學(xué)）。

量子力學(xué)又是離普通人那么近，當(dāng)今世界一切電子產(chǎn)品都源自于量子力學(xué)催生出來(lái)的信息技術(shù)。

所以，與其上來(lái)就科普量子通信，不如先講清楚量子力學(xué)的來(lái)龍去脈。如果再弄得你一頭霧水，至少你會(huì)知道霧水是從哪里來(lái)的。

量子力學(xué)深刻地顛覆了物理學(xué)家的世界觀，這可以從兩個(gè)方面來(lái)闡述：

第一個(gè)方面就是存在量子疊加態(tài)，這是在人類日常的世界觀中無(wú)法想象的狀態(tài)。人類世界觀的形成離不開自己的感官，那么感官看到的物體狀態(tài)，丁是丁卯是卯，說(shuō)一不二。經(jīng)典力學(xué)為什么容易理解？就是因?yàn)樗瓶刂暧^世界，完全符合人類的感官常識(shí)，讓人類看得見摸得著。

但量子力學(xué)掌控的是微觀世界。當(dāng)我們看到一個(gè)基本粒子的時(shí)候，它就不是一個(gè)小顆粒了，而是一個(gè)量子化的波，它其實(shí)無(wú)處不在，即同時(shí)存在各個(gè)地方， 這稱為波函數(shù)。這就是量子疊加態(tài)的一種表現(xiàn)，即波函數(shù)是坐標(biāo)空間本征態(tài)的 一種疊加。

所以，當(dāng)我說(shuō)“一個(gè)基本粒子的大小是一個(gè)無(wú)限小的點(diǎn)，但是它同時(shí)存在于整個(gè)空間”時(shí)，聽起來(lái)是多么不可思議。但是，量子力學(xué)卻告訴我們這是基本粒子真正的性質(zhì)。

在量子力學(xué)中，位置的疊加已經(jīng)很不可思議了，而其他如動(dòng)量的疊加、能量的疊加，更比比皆是。而“量子糾纏”就是量子疊加的一種，是兩個(gè)或兩個(gè)以上粒子組成的一種量子疊加態(tài)。當(dāng)你明白了量子疊加態(tài)的存在，就不會(huì)對(duì)量子糾纏這種“遙遠(yuǎn)地點(diǎn)之間的詭異互動(dòng)”感到不可思議了。

物理學(xué)家依靠量子力學(xué)原理，在20世紀(jì)50年代到70年代間陸續(xù)發(fā)明了半導(dǎo)體晶體管、激光器、集成電路、磁盤、光纖等技術(shù)。以此為基礎(chǔ)，20世紀(jì)80年代以來(lái)陸續(xù)誕生了個(gè)人電腦、手機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)等偉大發(fā)明，將人類文明徹底帶入了信息時(shí)代。

量子力學(xué)催生了當(dāng)今世界信息技術(shù)的方方面面，徹底改變了人類的生活。

如今以量子通信和量子計(jì)算機(jī)為代表，出現(xiàn)了新一代的量子信息技術(shù)，它作為現(xiàn)代信息技術(shù)的繼承者，將更深入地應(yīng)用量子力學(xué)原理引領(lǐng)信息技術(shù)的發(fā)展，也將再一次改變我們的生活。

量子通信作為量子信息技術(shù)的排頭兵，讓我們提前觸摸到了第二次信息革命的脈搏。什么是量子通信？量子通信分為哪幾個(gè)方向？量子通信產(chǎn)業(yè)化做到了什么程度？“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星做了哪些人類首次的太空量子通信實(shí)驗(yàn)？我將一一道來(lái)。

量子通信不應(yīng)該簡(jiǎn)單地從字面意思理解為通過(guò)量子來(lái)通信，它的真實(shí)含義更廣泛，是利用量子力學(xué)原理對(duì)量子態(tài)進(jìn)行操控，在兩個(gè)地點(diǎn)之間進(jìn)行信息交互，可以完成經(jīng)典通信所不能完成的任務(wù)。

量子通信按照應(yīng)用場(chǎng)景和所傳輸?shù)谋忍仡愋涂煞譃椤傲孔用荑€分發(fā)”和“量子隱形傳態(tài)”兩個(gè)方向。

其中，“量子密鑰分發(fā)”可以通過(guò)對(duì)量子態(tài)的傳輸和測(cè)量，為經(jīng)典比特傳輸（我們最常用的數(shù)字通信）建立牢不可破的量子密碼，是為經(jīng)典信息做加密服務(wù)的量子通信。目前，以量子密鑰分發(fā)為基礎(chǔ)的量子保密通信已經(jīng)步入產(chǎn)業(yè)化階段，開始保護(hù)我們的信息安全。

而“量子隱形傳態(tài)”，利用量子糾纏來(lái)傳輸量子比特，是服務(wù)量子計(jì)算機(jī)終端的量子通信，將應(yīng)用于未來(lái)量子計(jì)算之間的量子互聯(lián)網(wǎng)。

“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星完成了多個(gè)人類首次的太空量子通信實(shí)驗(yàn)，包括星地量子糾纏分發(fā)、星地高速量子密鑰分發(fā)、地星量子隱形傳態(tài)、引力誘導(dǎo)量子糾纏退相干實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)等，距離都超過(guò)了一千公里。

量子通信不實(shí)用嗎？量子通信很脆弱嗎？只有中國(guó)搞量子通信嗎？量子通信會(huì)取代現(xiàn)有的通信嗎？關(guān)于這些疑問和爭(zhēng)論，下面這本書有詳細(xì)的解答——

看向這里

大話量子通信

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