量子比特、量子芯片、量子通信与量子计算机：技术原理与应用前景

单丁鹤纷

量子比特、量子芯片、量子通信、量子计算机……



我期许自己要活得更真实也更诚实，要更接受甚至喜欢自己身上起伏的每部分，才能更喜欢这世界。我希望自己懂得处理、欣赏各种欲求，各种人性的丑陋与美妙，找到和它们相处的最好方式。我也希望自己能把这一路看到的风景，最终能全部用审美的笔触表达出来。
——《皮囊》

量子信息技术是一门新兴学科。它的发展会改变许多领域，尤其量子计算、量子通信、量子传感三大技术在国防、金融、大数据、生物制药等领域存在巨大的潜在应用价值。

量子计算
量子计算具有超高的运算速率。相比传统的计算机，可以更短时间内完成的运算任务。
超导量子计算机“本源悟空”具备强大的量子芯片。量子计算机“汉源1号”拥有超过100中性原子量子比特，具有高稳定、强适应、超保密性等优势。
IBM公司首次实现跨芯片量子纠缠，实现了多个量子芯片连接在一起的想法。谷歌公司发布新型量子芯片Willow，解决量子纠错领域的关键问题，该芯片不到5分钟完成一项标准基准计算，而如今最快的超级计算机也需要10²⁵年才能完成同样的任务。

本源悟空

量子计算机
量子通信
近年量子通讯技术不断优化，在传输速率、时延、传输距离、保真度等指标上再创新高。量子隐形传态等细分领域亦有突破。
韩国LG公司。研发的量子安全直接通信QSDC协议有望提高实际通信环境中数据传输的效率和安全性。
清华大学利用同种离子的双类型量子比特编码在国际上首次实现无串扰的量子网络节点。对利用通信比特和存储比特，实现两种量子比特间微秒量级的相干转换。
美国西北大学首次成功在现有互联网光纤电缆上进行量子隐形传态实验。该实验证明量子通信和经典通信可以共存。为实现更安全，更长距离的量子连接奠定基础。

量子传感
量子传感可以利用量子系统的特质实现对物理量高灵敏度，高精度测量的技术，能探测极其微弱的物理量变化。在精密测量、导航、材料科学、环境监测等领域具有应用潜力。
瑞士洛桑联邦理工学院研发出新型超低噪声系统，实现室温量子光学压缩。
德国弗劳恩霍夫应用光学与精密工程研究所和美国新墨西哥大学首次通过激光制冷方式成功将石英玻璃从室温冷却到67开尔文。