撥開迷霧,從源頭看懂量子通信

2020-12-04 通信世界

在量子通信領域,很多概念,都讓普通人看得雲裡霧裡——

量子力學離普通人是那麼遙遠,鮮有人會主動去學習這門物理學專業的課程(不自量力=不要自學量子力學)。量子力學又是離普通人那麼近,當今世界一切電子產品都源自於量子力學催生出來的信息技術。

所以與其上來就科普量子通信,弄得你一頭霧水。不如先講清楚量子力學的來龍去脈,如果再弄得你一頭霧水,但至少讓你知道是從哪裡來的一頭霧水。

量子力學深刻地顛覆了物理學家的世界觀,這可以從兩個方面來闡述。第一個方面就是存在量子疊加態,這是在人類日常的世界觀中無法想像的狀態。人類世界觀的形成離不開自己的感官,那麼感官看到的物體狀態,丁是丁卯是卯,說一不二。經典力學為什麼容易理解?就是因為它掌控著宏觀世界,完全符合人類的感官常識,讓人類看得見摸得著。

但量子力學掌控的是微觀世界。當我們看到一個基本粒子的時候,它就不是一個小顆粒了,而是一個量子化的波,它其實無處不在,即同時存在各個地方, 這稱為波函數。這就是量子疊加態的一種表現,即波函數是坐標空間本徵態的 一種疊加。所以當我說「一個基本粒子的大小是一個無限小的點,但是它同時存在於整個空間」時,聽起來是多麼不可思議,但是量子力學卻告訴我們這是基本粒子真正的性質。在量子力學中,位置的疊加已經很不可思議了,而其他如動量的疊加、能量的疊加,更比比皆是。而「量子糾纏」就是量子疊加的一種,是兩個或兩個以上粒子組成的一種量子疊加態。當你明白了量子疊加態的存在,就不會對量子糾纏這種「遙遠地點之間的詭異互動」感到不可思議了。

物理學家依靠量子力學原理,在20世紀50年代到70年代間陸續發明了半導體電晶體、雷射器、集成電路、磁碟、光纖等技術,以此為基礎,20世紀80年代以來陸續誕生了個人電腦、手機、網際網路等偉大發明,將人類文明徹底帶入了資訊時代。量子力學催生了當今世界信息技術的方方面面,徹底改變了人類的生活。

如今以量子通信和量子計算機為代表,出現了新一代的量子信息技術,它作為現代信息技術的繼承者,將更深入地應用量子力學原理引領信息技術的發展,也將再一次改變我們的生活。

量子通信作為量子信息技術的排頭兵,讓我們提前觸摸到了第二次信息革命的脈搏。什麼是量子通信?量子通信分為哪幾個方向?量子通信產業化做到了什麼程度?「墨子號」量子科學實驗衛星做了哪些人類首次的太空量子通信實驗?

帶著這些問題,翻開《大話量子通信》,都將得到答案。本書以有趣的方法介紹了量子力學的發展歷史,回顧了人類的第一次信息革命,展望了以量子通信和量子計算為代表的第二次信息革命。並先後介紹了量子通信各分支的原理、量子通信實用化進程、「墨子號」量子科學實驗衛星,以及澄清了一些對量子通信的誤解。

量子通信不實用嗎?量子通信很脆弱嗎?只有中國搞量子通信嗎?量子通信會取代現有的通信嗎?

想要直面這些疑問和爭論,《大話量子通信》將事實依次展現給你。

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責編/版式:王禹蓉

校對/審核:申晴

監製:劉啟誠

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