1 量子信息是什么

量子信息诞生在20世纪80年代，当时科学家首次将量子力学应用于信息科学领域。量子力学与信息科学开始交叉融合形成量子信息这一交叉学科，量子信息是基于量子力学原理，通过人工观测和调控光子、电子等微观粒子系统及其量子态，借助量子叠加和量子纠缠等独特物理现象，以经典理论无法实现的方式获取、传输和处理信息的一门技术。

2 量子信息的基础概念

在量子信息中，包含量子比特、量子叠加、量子纠缠三个基础概念

(1)量子比特。比特是通信和计算的最小单元引申至量子力学领域，量子比特则是量子计算中的最小信息单位。与比特不同的是，一个量子比特可能的基本状态为|0>态和| 1>态，所以其间包含的信息量显著增加，在面对计算量指数级增长的问题时，量子比特的潜在优势就能很大程度的发挥出来。

(2)量子叠加。指一个量子系统可以处在不同量子态的叠加态上。在量子系统中，量子态是指微观粒子所处的一系列不连续的恒稳运动状态。在无外界观测干扰时，量子系统可处于一系列量子态叠加态上，即著名的“薛定谔的猫”。

(3)量子纠缠。量子力学学科中，几个粒子彼此相互作用后，因为各个粒子本身的特性已综合形成整体性质，单独描述各个粒子的性质已经无法做到，只能描述整体系统的性质，那么此种现象就是量子缠结或量子纠缠。也就是说，如果两个量子比特构成一个量子纠缠态，那么无论携带这两个量子比特的粒子相距多远，只要其中一个量子比特的测量状态发生改变，那么另一个的状态马上发生改变。爱因斯坦把它叫做“幽灵般的超距作用”。在量子信息学中，量子纠缠位置非常重要，不论是量子通信中的量子隐形传态还是量子计算中的逻辑门操作，都离不开量子纠缠。

3 量子信息技术涉及的三大领域

(1)量子通信：能够通过借助量子技术，完成经典通信无法完成的任务。是当前量子信息各领域中最先实现应用化的领域。当前的研究方向主要是量子密匙分发和量子隐形传态。

(2)量子计算：一种遵循量子力学规律调控量子信息单元进行计算的新型计算模式。量子计算在量子信息研究中非常重要，最终目标是实现可实用化的量子计算机。

(3)量子测量：基于对光子和冷原子等微观粒子系统的调控和观测，实现对时间、磁场、重力场等多种物理量信息的超高精度测量。是量子信息和精密测量的交叉科学，通过利用量子系统本身的精密性和敏感性，采用量子通信和量子计算中操控超冷原子和单光子等技术，为人类提供更准确的时间、空间、频率等基准、更准确的常数、更准确的外界环境参数、以及更准确的导航定位等。

来源：《众诚智库：2021年全球量子信息发展报告（29页）.pdf》

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