量子信息是指什么？量子信息技術涉及的三大領域介紹

1 量子信息是什么

量子信息誕生在20世紀80年代，當時科學家首次將量子力學應用于信息科學領域。量子力學與信息科學開始交叉融合形成量子信息這一交叉學科，量子信息是基于量子力學原理，通過人工觀測和調控光子、電子等微觀粒子系統及其量子態，借助量子疊加和量子糾纏等獨特物理現象，以經典理論無法實現的方式獲取、傳輸和處理信息的一門技術。

2 量子信息的基礎概念

在量子信息中，包含量子比特、量子疊加、量子糾纏三個基礎概念

(1)量子比特。比特是通信和計算的最小單元引申至量子力學領域，量子比特則是量子計算中的最小信息單位。與比特不同的是，一個量子比特可能的基本狀態為|0>態和| 1>態，所以其間包含的信息量顯著增加，在面對計算量指數級增長的問題時，量子比特的潛在優勢就能很大程度的發揮出來。

(2)量子疊加。指一個量子系統可以處在不同量子態的疊加態上。在量子系統中，量子態是指微觀粒子所處的一系列不連續的恒穩運動狀態。在無外界觀測干擾時，量子系統可處于一系列量子態疊加態上，即著名的“薛定諤的貓”。

(3)量子糾纏。量子力學學科中，幾個粒子彼此相互作用后，因為各個粒子本身的特性已綜合形成整體性質，單獨描述各個粒子的性質已經無法做到，只能描述整體系統的性質，那么此種現象就是量子纏結或量子糾纏。也就是說，如果兩個量子比特構成一個量子糾纏態，那么無論攜帶這兩個量子比特的粒子相距多遠，只要其中一個量子比特的測量狀態發生改變，那么另一個的狀態馬上發生改變。愛因斯坦把它叫做“幽靈般的超距作用”。在量子信息學中，量子糾纏位置非常重要，不論是量子通信中的量子隱形傳態還是量子計算中的邏輯門操作，都離不開量子糾纏。

3 量子信息技術涉及的三大領域

(1)量子通信：能夠通過借助量子技術，完成經典通信無法完成的任務。是當前量子信息各領域中最先實現應用化的領域。當前的研究方向主要是量子密匙分發和量子隱形傳態。

(2)量子計算：一種遵循量子力學規律調控量子信息單元進行計算的新型計算模式。量子計算在量子信息研究中非常重要，最終目標是實現可實用化的量子計算機。

(3)量子測量：基于對光子和冷原子等微觀粒子系統的調控和觀測，實現對時間、磁場、重力場等多種物理量信息的超高精度測量。是量子信息和精密測量的交叉科學，通過利用量子系統本身的精密性和敏感性，采用量子通信和量子計算中操控超冷原子和單光子等技術，為人類提供更準確的時間、空間、頻率等基準、更準確的常數、更準確的外界環境參數、以及更準確的導航定位等。

來源：《眾誠智庫：2021年全球量子信息發展報告（29頁）.pdf》

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