量子通信是借助量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通信方法。
量子离物传态(又称量子隐型传态)是这些新型的通信方法的原理演示。因为量子纠缠代表的关联依赖于对两个纠缠的粒子之一检测哪些,直接通过量子纠缠不能传递物体的全部信息。并且,我们却可以构想这样的量子通信过程:将某物体待传递量子态的信息分成精典和量子两个部份,它们分别经由精典通道和量子通道传送给接收者。精典信息是发送者对原物进行某种检测而提取的,量子信息是发送者在检测中未提取的大量信息;接收者在获得这两种信息后,就可以制备出原先量子态的完全复制品。该过程中传送的仅仅是该物体的量子态量子通讯的原理,而不是该物体本身。发送者甚至可以对这个待传量子态一无所知,而接收者则能将他持有的粒子处于原物体的量子态上。
借助这些量子纠缠特点,和其他5位来自不同国家的科学家等在1993年提出了演示这些量子通信的量子离物传态()方案:通过在精典信道中送2个比特的信息破坏空间某点的量子态,可以在空间不同点制备出一个相同的量子态.要强调的是,一般的离物传态()描述了这样一种奇妙的、有点象悬疑小说的场景:某人忽然消失掉,而在远处莫明其妙地突显下来。等人的量子离物传态方案具体描述如下:
构想Bob要将他持有的粒子B的未知量子态|u>=a|0>+b|1>传给远方的持有粒子A的Alice.他可以操控他持有的粒子B和由BBO型量子纠缠源分发给来的粒子S。因为量子纠缠源形成了粒子A和粒子S的量子纠缠态|ERP>,Bob对粒子B和粒子S的联合检测结果(依赖于对A和S的4个Bell基的分辨)量子通讯的原理,会造成Alice持有的粒子A塌缩到一个与|u>相联系的状态|u’>=W|u>上,其中幺正变换W完全由Bob对粒子A和粒子S的联合检测结果的2个比特精典信息决定,而与待传的未知量子态无关。Bob将即己测到的结果,通过精典通道(打电话、发传真或e-mail等)告诉Alice。远方的Alice就晓得粒子A早已塌缩到|u’>上.选定合适的么正变换W+,Alice便可以将粒子A制备在|u>上了。
量子计算机
从原理上讲,精典估算可以被描述为对输入讯号序列按一定算法进行变换(逻辑门操作)的化学过程。基于精典比特的非0即1的确定特点,精典算法是通过精典计算机(或精典图灵机)的内部逻辑电路加以实现的.而量子估算,则是基于量子比特的既|0>又|1>相干叠加特点,对可由量子叠加态描述的输入讯号,依照量子的算法要求,进行称作“量子逻辑门操作”的幺正变换.这是一个被人为控制的、以输入态为初态的量子化学演变过程。对末态—输出态进行量子检测,给出量子估算的结果.顾名思义,所谓的量子计算机()就是实现这些量子估算过程的机器。
量子计算机的概念最早始于二十世纪六、七十年代对克服煤耗问题的可逆计算机的研究.计算机芯片的发热,影响芯片的集成度,因而大大限制了计算机的运行速率.关于“能耗形成于估算过程中的不可逆操作”的发觉表明,尽管数学原理并没有限制煤耗的下限,但必须将不可逆操作改建为可逆操作,能够大大提升芯片的集成度。直观地说,当电路集成密度很大时,Δx很小时,Δp都会很大,电子不再被禁锢,还会出现量子化学所描述的量子干涉效应,进而破坏传统计算机芯片的功能。对于现有的传统计算机技术,量子热学的限制其实是一个不可逾越的障碍。只有量子热学中的幺正变换,能够真正地实现可逆操作。从理论观念的角度讲,量子估算的看法与日本知名化学学家R.“不可能用传统计算机全面模拟量子热学过程”的想法直接相关。在此基础上,1985年,加拿大牛津学院的D.初步探讨了量子图灵机的概念,但是强调了量子图灵机可能比精典图灵机具有更强悍的功能。1995年,Shor提出了大数因子化量子算法,并有其他人演示了量子估算在冷却离子系统中实现的可能性,量子计算机的研究才弄成化学学家、计算机专家和物理家共同关心的交叉领域研究课题。
量子并行性是量子估算的关键所在。显而易见,描述有2个比特的量子计算机,须要4个系数数字;描述n个量子比特的量子计算机就须要2n个系数数字。诸如,假如n等于50,那就须要大概1015个数来描述量子计算机的所有可能状态。其实n减小时所有可能状态的数量将迅速弄成一个很大的集合,但因为态叠加原理,量子计算机操作—幺正变换才能对处于叠加态的所有份量同时进行。这就是所谓的量子并行性。因为这一奇妙的内禀并行性,一台量子计算机仅仅靠一个处理器才能够很自然地同时进行特别多的运算。典型的量子估算有Shor的大数因子化和的数据库量子搜索。