與經(jīng)典力學(xué)相比，量子力學(xué)所描述的微觀粒子具有量子疊加的特性。如果把量子疊加擴(kuò)展到多個(gè)粒子，就會(huì)產(chǎn)生“量子糾纏”現(xiàn)象。結(jié)合量子調(diào)控和信息技術(shù)，量子信息這一新興學(xué)科便由此產(chǎn)生。

中國(guó)科學(xué)院院士潘建偉介紹，量子信息包括量子通信、量子計(jì)算和量子精密測(cè)量等三方面的應(yīng)用，可以在確保信息安全、提高運(yùn)算速度、提升測(cè)量精度等方面突破經(jīng)典技術(shù)的瓶頸。以量子信息技術(shù)為代表的量子科技迅速發(fā)展，使人類迎來了第二次量子革命。經(jīng)過多年努力，目前量子保密通信和量子雷達(dá)進(jìn)入實(shí)用化階段，也有了相關(guān)產(chǎn)品，其他的量子技術(shù)離產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化還需要一定的時(shí)間。

量子通信包括兩種最典型的應(yīng)用方式，一種是量子密鑰分發(fā)，另一種是量子隱形傳態(tài)。量子密鑰分發(fā)是利用單光子的量子態(tài)來加載信息，通過一定的協(xié)議來產(chǎn)生密鑰，量子力學(xué)的基本原理保證了密鑰的安全。量子隱形傳態(tài)是利用量子糾纏，把量子態(tài)從一個(gè)粒子傳送到另外一個(gè)粒子，而不用傳送信息載體本身。對(duì)量子信息研究而言，量子隱形傳態(tài)可以連接量子信息處理單元來構(gòu)建量子網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離量子密鑰分發(fā)的重要環(huán)節(jié)。

潘建偉指出，量子計(jì)算的發(fā)展有三個(gè)階段。第一階段，需要針對(duì)某一些特殊問題制造一臺(tái)比目前最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)還要快的機(jī)器，這被學(xué)術(shù)界稱為“量子優(yōu)越性”。這一目標(biāo)需要能夠相干操縱大概50 個(gè)量子比特。第二階段，希望能夠操縱數(shù)百個(gè)量子比特，實(shí)現(xiàn)專用的量子模擬機(jī)，從而解決如復(fù)雜物理體系機(jī)制等的實(shí)實(shí)在在的問題。第三階段，需要可以計(jì)算很多問題的可編程的通用量子計(jì)算機(jī)。不過，這一步大概還需要20年甚至更長(zhǎng)的時(shí)間。

從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，量子計(jì)算可能在人工智能方面有很重要的應(yīng)用。無論經(jīng)典的人工智能發(fā)展到何種程度，人們?nèi)匀挥X得這是一部機(jī)器，或是一個(gè)機(jī)器人，它不可能完全像人類大腦一樣去思考，而量子力學(xué)第一次把觀測(cè)者的意識(shí)與物質(zhì)的演化結(jié)合起來。因此，有科學(xué)家猜測(cè)，人類大腦的運(yùn)行機(jī)制可能與量子計(jì)算機(jī)有一些相通之處。相信，量子計(jì)算的發(fā)展也許可以幫助人們更好地理解人類的智慧。