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硅谷密探|赠书福利丨用有趣的方法看懂量子通信

【硅谷密探|赠书福利丨用有趣的方法看懂量子通信】
硅谷密探|赠书福利丨用有趣的方法看懂量子通信
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量子力学离普通人是那么遥远 ， 鲜有人会主动去学习这门物理学专业的课程（不自量力=不要自学量子力学） 。 量子力学又是离普通人那么近 ， 当今世界一切电子产品都源自于量子力学催生出来的信息技术 。
所以与其上来就科普量子通信 ， 弄得你一头雾水 。 不如先讲清楚量子力学的来龙去脉 ， 如果再弄得你一头雾水 ， 但至少让你知道是从哪里来的一头雾水 。
量子力学深刻地颠覆了物理学家的世界观 ， 这可以从两个方面来阐述 。 第一个方面就是存在量子叠加态 ， 这是在人类日常的世界观中无法想象的状态 。 人类世界观的形成离不开自己的感官 ， 那么感官看到的物体状态 ， 丁是丁卯是卯 ， 说一不二 。 经典力学为什么容易理解？就是因为它掌控着宏观世界 ， 完全符合人类的感官常识 ， 让人类看得见摸得着 。
但量子力学掌控的是微观世界 。 当我们看看一个基本粒子的时候 ， 它就不是一个小颗粒了 ， 而是一个量子化的波 ， 它其实无处不在 ， 即同时存在各个地方 ，这称为波函数 。 这就是量子叠加态的一种表现 ， 即波函数是坐标空间本征态的 一种叠加 。 所以当我说“一个基本粒子的大小是一个无限小的点 ， 但是它同时存在于整个空间”时 ， 听起来是多么不可思议 ， 但是量子力学却告诉我们这是基本粒子真正的性质 。 在量子力学中 ， 位置的叠加已经很不可思议了 ， 而其他如动量的叠加、能量的叠加 ， 更比比皆是 。 而“量子纠缠”就是量子叠加的一种 ， 是两个或两个以上粒子组成的一种量子叠加态 。 当你明白了量子叠加态的存在 ， 就不会对量子纠缠这种“遥远地点之间的诡异互动”感到不可思议了 。
物理学家依靠量子力学原理 ， 在20世纪50年代到70年代间陆续发明了半导体晶体管、激光器、集成电路、磁盘、光纤等技术 ， 以此为基础 ， 20世纪80年代以来陆续诞生了个人电脑、手机、互联网等伟大发明 ， 将人类文明彻底带入了信息时代 。 量子力学催生了当今世界信息技术的方方面面 ， 彻底改变了人类的生活 。
如今以量子通信和量子计算机为代表 ， 出现了新一代的量子信息技术 ， 它作为现代信息技术的继承者 ， 将更深入地应用量子力学原理引领信息技术的发展 ， 也将再一次改变我们的生活 。
量子通信作为量子信息技术的排头兵 ， 让我们提前触摸到了第二次信息革命的脉搏 。 什么是量子通信？量子通信分为哪几个方向？量子通信产业化做到了什么程度？“墨子号”量子科学实验卫星做了哪些人类首次的太空量子通信实验？我将一一道来 。
量子通信不应该简单地从字面意思理解为通过量子来通信 ， 它的真实含义更广泛 ， 是利用量子力学原理对量子态进行操控 ， 在两个地点之间进行信息交互 ， 可以完成经典通信所不能完成的任务 。
量子通信按照应用场景和所传输的比特类型可分为“量子密钥分发”和“量子隐形传态”两个方向 。 其中 ， “量子密钥分发”可以通过对量子态的传输和测量 ， 为经典比特传输（我们最常用的数字通信）建立牢不可破的量子密码 ， 是为经典信息做加密服务的量子通信 。 目前 ， 以量子密钥分发为基础的量子保密通信已经步入产业化阶段 ， 开始保护我们的信息安全 。 “量子隐形传态”利用量子纠缠来传输量子比特 ， 是服务量子计算机终端的量子通信 ， 将应用于未来量子计算之间的量子互联网 。
《大话量子通信》以有趣的方法介绍了量子力学的发展历史 ， 回顾了人类的第一次信息革命 ， 展望了以量子通信和量子计算为代表的第二次信息革命 。 并先后介绍了量子通信各分支的原理、量子通信实用化进程、“墨子号”量子科学实验卫星 ， 以及澄清了一些对量子通信的误解 。


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