同江老科协 侯长俊
一、量子通信
二、量子计算机
三、“墨子号”量子卫星
一百年后的今天量子物理已成为科学技术的高峰，基于量子规律的新技术不断涌现，这些量子技术深深地影响和改变人类的生产，生活。在工业、农业、医药医疗等方面的应用正在兴起，其中最注目的就是信息通信和计算机方面取得的成就。
一、量子通信
量子通信是指利用光子等基本粒子的纠缠效应来实现的通信过程。量子通信是高保密、大容量、远距离的新型通信方式，量子通信有两个发展方向，量子隐形传态和量子密钥分发。
量子隐形传态，是把一个A的量子态传给另一个量子B。让B变成A的最初状态。这不是邮递员的实物传递。它传输的不是量子本身，而是量子态携带的量子信息。想象这传输过程，先提取原物所有信息传给接收方，接收方依据信息选取构成原物完全相同的基本单元，制造出原物完美的复制品。这种理想传输因不确定原理，在测量技术未取得突破之前是无法实现的。这种没有载体、超越光速的真正量子通信尚离我们还远。
那么隐形传态是如何实现的，1993年科学家提出用经典和量子结合的办法。先制备一对纠缠粒子分放于通信双方所在地。将一个携带量子信息的量子态粒子和发射方粒子进行联合测量（即操控），接收方粒子瞬间坍塌，这个状态与发送方粒子坍塌后的状态是对称的，后把测量的信息通过经典信道告知接收方，接收方根据接收到的信息对坍塌粒子进行逆转变换即可得到与发射方完全相同的未知量子态。打个比方，把一付扑克牌随机分成两部分，由信使带一部分到接收方B地，另一部分留在发射方A地，两部分扑克牌可以看做一对纠缠粒子，即密码，一旦知道一方密码就可知另一方密码。A方把测量结果用经典信道告诉B，B同时知道了A的密码，B就可以用密码解读A传递的信息。
量子传输的安全是由量子坍塌特性决定的。测不准原理，单光子不可再分和不可克隆保证了量子传输的绝对安全。量子传输的高效是由量子迭加特性所决定的。传输信息量的基本单位称比特，一个电子比特代表经典二值系统“0”或“1”的一个取值的信息量，即一次发送一个“0”或“1”。量子比特代表双态系统“0”和“1”的取值的信息量，即一次发送“0”和“1”的迭加。如n代表发送次数，电子与量子传送比特比就是n : 2n，若发送10次就是10个电子比特比1024个量子比特，随n的增大2n的数字将惊人的大，故量子传输的容量大，效率高。
2、量子密钥分发
量子密钥分发是量子通信中的一种加密方式。它可以为分隔两地的用户提供无条件的共享密钥。被认为是最安全的加密方式。密钥就是密码和解密技术。通信安全与否要看抵抗黑客攻击的能力，该技术的核心是实现了测量设备无关的量子密钥分发。这就先天免疫了任何对探测系统攻击的黑客。该成果极大地推动了光纤远距离通信的发展。
量子密钥分发实质是依托光纤通信，利用光子不可再分的物理保密特性给经典通讯加了一把密码锁。目前由中科院潘建伟教授主导的量子密钥通信已形成产业化，从城域保密通信，到2000Km京沪通信干线，最近又实现了垮州际量子保密通讯，很好地实现了与京沪通信干线的匹配，在这一领域中国走在了世界的前列。
六、量子计算机
在电子计算机发展受到高能耗和集成线路发热的制约下，电子计算机的运算能力近乎到了极限的背景下。1981年由美国科学家弗曼首先提出并制做了量子机算机。
量子计算机是按量子理论进行高速数学和逻辑运算，存储及处理量子信息的装置。量子计算机能问世完全取决量子相干、叠加特性。量子相干、叠加性和量子算法构成量子计算机的原理。
电子计算机是利用电子有开、关即0或1的二个逻辑态，进入二进制系统进行运作的；量子计算机可制备0和1的双子叠加态进行运作。电子计算机是靠一个个电子比特相加进行运算，量子计算机是靠多个量子比特同时参与的并行运算。若计算机运算n次，电子计算机只有n个电子比特，量子计算机就有2n个量子比特。量子叠加打开了计算能力的空间。量子计算机的运算能力，取决于可操控量子比特的多少。美国起步最早可操控量子比特9个、日本6个，中国10个。多1个比特运算能力大一倍。中国在国际处于领先地位，中国科学家预测到年底可操控20个纠缠粒子。中科院“一号工程”将投资70亿元建立世界罕见的量子信息国家实验室，其中一项重要任务就是搭建中国首台量子计算机，其能力将比全球计算机加起来还要快100万倍。
七、“墨子号”量子卫星
墨子是中国古代科学家，最早提出光是直线传播的，并实践了小孔成像。为纪念他在早期物理光学方面取得的成就，故以他的名字命名量子卫星。
发射“墨子号”量子卫星的目的一是检验量子理论在实验室表现出的奇异特性，在太空中是否也存在，进而实现星地量子通信传输。二是借助卫星平台实现地面远距离量子通信。“墨子号”量子卫星已圆满完成了量地高速密钥分发，量子纠缠分发和量子隐形传态三大任务。就在今年九月二十九日“墨子号”量子卫星又实现了跨州际量子通信，并完美地与京沪光纤主干网实现了匹配。中科院院长白春礼在北京进行了人类第一次用量子加密技术同世界联系，同远在欧州的奥地利科学院院长，安东塞格通话，与合肥、济南、上海、新疆等地进行视频通话。“墨子号”一星的成功将为“墨子号”多星上天建立一个不可窃听、不可破译，不怕攻击的全球通信网奠定坚实的基础。