新的量子测量效应 - interaction without interaction
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|系统分类:|关键词:物理量,自由度,量子测量,经典振动|
& & & &最近本人提出了一个新的量子测量效应，取名为interaction without interaction，即没有相互作用的相互作用。一种运动和另一种运动之间没有相互作用，当我们测量与第一种运动相联系的一个物理量时，另一种运动也会对被测的物理量产生影响。这种奇特的现象在经典物理中不可能发生，却能在量子力学中发生。具体说，我们找到两个实例：(1)单模腔中的两个二能级原子的量子纠缠Concurrence会受到原子的质心作经典谐振动的影响，而原子内部自由度与腔场和原子质心的经典谐振动没有相互作用[1]；(2)一束原子束被原子探测器探测，探测的结果却受到原子束横向的整体的经典谐振动的影响，而原子束的飞行和横向的经典谐振动也无相互作用[2,3]。原子态纠缠和原子束探测结果都比没有经典谐振动时要小，分别多出一个‘振动因子’来定量描述经典谐振动的影响和，是我们探测的时间间隔，T是经典振动的周期，且要求。 & & & & 两种观测效应，原子束观测效应更加重要，因为探测原子束与测量量子态纠缠相比，探测原子束的原子数被动式的也是方便的，而测量量子纠缠是主动的也是十分困难的。原子束中原子数的测量问题非但有十分重要的应用-引力波探测，还触及量子测量的核心，因此我们将着重阐述原子束观测的问题。图1 当原子束有一个整体的横向的经典谐振动时，小于周期的时间内探测的原子数会变少 & & & & 截取原子束中N个原子作为我们的研究对象，原子束除了沿z方向飞行外，还整体沿x方向做经典谐振动。设原子束的通量为j，即单位时间通过某平面的原子数目，探测时间为，则有N=j。构建出N个原子的态矢，其中表示第i个原子被探测器记录。N个原子整体又作经典谐振动，写出N个原子沿z平动和沿x谐振动的哈密顿量其中表示经典谐振动的产生算符，经典谐振动的圆频率，第i个原子的产生算符，原子的平动动能。从哈密顿量看，平动和横向振动无交叉项，即两种运动间无相互作用。由薛定谔方程很容易得到N个原子的态矢为经典谐振动态矢和平动态矢的乘积，而经典谐振动用量子谐振子的量子数n趋于很大来表示。N个原子的Fock数算符为,其中I对应于横向的经典谐振动，而求和部分表示沿z方向飞行到原子探测器的原子数。探测器记录到的原子数目为当观测时间小于谐振动的周期时，探测器记录到的原子数目小于入射的原子数目N，多出的一个所谓的振动因子小于1，可解析的求出。事实上经典谐振子的概率密度为其中n为大量子谐振子量子数，来描述经典谐振子。查询积分公式得到振动因子的解析表达式式中为时间内经典谐振子沿x轴运动的位移，为初始相位即,经典谐振动方程用正弦描述。若用等时间间隔表示振动因子，得到，因为中位移包含往返两次运动，故实际使用时用。我们看到，振动因子本身和谐振动的振幅与相位都没有关系。这意味着用此方法可以感知最为微弱的经典谐振动。我们求得时间间隔内观测到原子数的最后形式。可以看出新的量子力学的观测效应本质上源于经典谐振动在小于周期时间内的部分Trace（小于1）。 & & & & &当N个原子沿z方向飞行，同时又整体沿x轴谐振动，如果我们在小于周期的内测量原子数目，必然是量子力学算出来的结果，显然观测的原子数目要小于入射的原子的数目。实际上如何测量这些又做横向经典谐振动的原子数目呢？因为题设是N个原子作横向的整体的谐振动，意味着N个原子在被探测器记录前后具有相同的相位，这就要求实际探测器测量原子数目时，探测器本身要作原子束横向的经典谐振动，而且探测器的谐振动和原子束横向的谐振动具有相同的相位，频率和振幅，即要同频共振。实验中如何做到的呢，若用原子束，则引力波能使得原子束和探测器本身具有相同的振动形式；若用离子束，则离子束用交流电场驱动，而探测器用步进马达，使它们同频共振。 & & & & 两个问题来了，(1)小于一个周期内测量原子数目小于入射的原子数目，原子跑哪去了呢？(2)实际测量原子数目时，要求探测器和原子束同频共振，在x方向上原子束和探测器是相对静止的，应该入射多少原子数目就该被探测器记录多少原子数目（假设探测器的探测效率为1），既然如此为什么还会出现一个所谓的振动因子呢？谁不被量子力学迷惑过，谁就没有理解它。 & & & & 所有的秘密都藏在原子探测器里面！按量子力学的哥本哈根解释，量子测量过程被测对象必然和经典实验仪器相互作用，对象的测量过程必然存在一定程度上的不可控制的干扰，此时被测对象和经典仪器都不在拥有经典物理世界的那种独立实在性，被测对象和经典实验仪器之间也不再有明确的分界。在原子束探测的问题上，原子探测器具有和原子束完全相同的相位，振幅和频率，探测器便具有了双重功能：(1)记录到达探测器的原子的数目；(2)抽取原子束横向经典谐振动的信息，包括相位，振幅和频率。搞清楚了探测器的作用，以上两个问题迎刃而解。原子束的原子跑哪去了呢？因为探测器和原子束同频共振，在x方向探测器相对于原子束是静止的，因为所有的原子都跑到探测器了。既然如此所谓的振动因子从何而来呢？原来啊在小于周期的时间间隔内，探测器从x谐振动到x+dx，而探测器在x到x+dx范围内的概率恰好为这样探测器测量的原子数目就等于入射的原子数目乘以探测器本身在x到x+dx范围内的概率，与量子力学算出来的结果完全一致[4]。正是探测器从原子束抽取的经典谐振动的信息产生了奇特的振动因子，而以上分析表明我们完全可以从实验上证实理论计算的结果。 & & & & 新的量子力学的观测效应有什么用途呢，注意到振动因子独立于经典谐振动的振幅和相位，这个事实告诉我们极端微弱(振幅无限趋于零)的经典谐振动也能通过原子束测量的变化测量出来，即我们这个新的量子力学的观测可以用来探测引力波。13亿光年两个黑洞并合产生的引力波被LIGO和Virgo团队宣称已经探测到[5]，但这次引力波仅仅被美国的仪器探测到，还没有同时被其他的引力波仪器探测到，还有一个大的问题是，此次引力波GW150914光临地球时间非常短暂，1秒钟不到，下次再来一个引力波信号不知道等到什么时候。虽然LIGO和Virgo的国际声誉顶呱呱，然此次观测到的引力波信号毕竟是一次孤立的信号，因此建造更多的引力波探测器和发展新原理的引力波探测器变得十分必要，甚至是迫在眉睫。基于新的量子力学观测效应的引力波探测器是什么样子呢？图2基于新的量子力学观测效应的引力波探测器 & & & & 我们设计的引力波探测器如图2所示，它由两束互不干涉原子束构成，考虑到四极矩潮汐力形状，需要把两束原子束测量结果进行符合比较。一束引力波h+偏振的引力波沿z方向传播到达xy平面，由测地线偏离方程知A和B点会受到O点(需放置非常重的物体) 潮汐力的作用，那么OA，OB空间就会发生拉伸收缩，在O点参考点看A点和B点做普通的经典简谐振动。当OA和OB距离很大很大时，A和B处放置原子束，则原子束可近似认为作横向的谐振动。由我们新的量子力学的观测效应得，式中入射的原子数目为N，测量时间为，在此时间段测到的原子数目&N&，这些物理量均是已知量，于是引力波的周期T便测量出了。在我们的引力波探测器中，原子的种类和原子束的通量都可以不同，因为振动因子相同，测量出来的周期也是相同的。 & & & & 小结一下，我们向大家汇报了新发型的量子力学的观测效应-interaction without interaction（没有相互作用的相互作用），该观测效应有两个被观测的物理量能够实现，量子纠缠Concurrence和原子束探测。我们以原子束探测的问题为例根据量子力学的哥本哈根解释对新的量子力学的观测效应给出了清晰的物理解释，揭示了原子探测器的双重功能，即记录原子数目和抽取原子束横向谐振动的信息。由于振动因子与谐振动的振幅和相位无关，我们用新的量子力学的观测效应初步的设计出了新的引力波探测器。新的观测是量子力学的预测，基于新观测效应的引力波探测器具有十分广阔的前景，我们呼吁实验物理学们关注我们的结果。 & & & & &本文是我日清华大学物理系学术报告的主要部分，该工作受到西安交通大学基本科研业务费的支持。P.S. 热烈欢迎国内外同行，特别是做量子光学，量子信息学的同行引用文献[1]，引用理由&Quantum entanglement can be used to monitor classical harmonic vibrations.&参考文献:
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19．量子隐形传输（二）
在解释贝尔测量(Bellmeasurement)之前，首先复习一下介绍qubit时使用过的狄拉克符号，并且重温我们在中提到过的贝尔态的定义。
对一个单光子的系统，考虑它所有的偏振态，可以表示为两个基态｜1＞和｜0＞的线性组合：｜\(A\)＞ = a｜1＞+b｜0＞。如果是两个光子的系统，就有4个基态：
｜11＞、｜10＞、｜01＞、｜00＞。
这个两光子系统的所有量子态都可以用这4个基底的线性组合来表示。此外，我们也可以采取另外一种基底，叫做贝尔态基底。这就如同在我们的3维空间中，我们可以将\(xyz\)坐标轴旋转成另外一套\(x'y'z'\)坐标轴一样。这样做的目的是将原来那套不纠缠的基底（19.1）换成4个纠缠态（贝尔态）作为基底。4个贝尔态在原来的（19.1）基底下，可以表示如下面的形式：
｜f+＞ =｜11＞+｜00＞
｜f-＞ =｜11＞-｜00＞
｜y+＞ =｜10＞+｜01＞
｜y-＞ =｜10＞-｜01＞
既然（19.2-19.5）是2粒子量子态态空间的基底，那么，所有2粒子的量子态就都可以表示成这4个贝尔态的线性组合，也就是这4个贝尔态的叠加态：
｜2粒子量子态＞ = \(B_1\)｜f+＞ + \(B_2\)｜f-＞ + \(B_3\)｜y+＞ + \(B_4\)｜y-＞
（19.6）中的\(B_1\)、 \(B_2\)、\(B_3\)、 \(B_4\)为复数，它们绝对值的平方：\(|B|^2\)，分别表示测量时，这个2粒子量子态塌缩到相应的贝尔态的几率。因此，所谓的Alice对两个光子作"贝尔测量"的意思，就是探测这个两粒子系统到底塌缩到哪一个贝尔态。
在实验室里，用作两光子贝尔态测量的主要设备是50:50分光器(beam splitter)。当一个光子经过分光器后，可能继续前进（透射），也可能被反射。光子走任何一条道路的几率是50%。这种分光器输出的各种情形如下图所示。
上图中的图a表示：一个光子\(A\)入射到分光器，或者反射，或者透射，概率各半。
现在考虑两个光子\(A\)和\(B\)，分别从左右两边入射到分光器。当两光子同时抵达分光器时，两光子之波包相互重叠，因而产生干涉效应。它们经过分光器后有四种情形：1，\(A\)反射、\(B\)透射；2，\(A\)透射、\(B\)反射；3，\(A\)反射、\(B\)反射；4，\(A\)透射、\(B\)透射。第一种情形，两个输出光子同时射向左边，如图b所示。情形2时，两个光子同时射向右边，如图c所示。但是，我们无法区别第三和第四这两种情形，因为光子是不可区分的。我们不知道，从分光器射出的光子，哪个来自\(A\)？哪个来自\(B\)？所以，在3和4这两种情形下，都是一个光子向左，一个光子向右，如图d所示。
在此还必须说明一点：仅仅利用线性光学器件，不可能在实验中区分4个贝尔态。理论上已经证明，最多只可能区别4个贝尔态中的3个。所以，也就是说，如果只用线性元件，我们就只能作"不完全的贝尔测量"。在上面的公式（19.2-19.5）所表示的4个贝尔态中，｜y-＞ =｜10＞-｜01＞是一个反对称的单态，另外的｜f+＞、｜f-＞和｜y+＞则构成对称的三态。利用刚才所介绍的半透半反分光器，可以将贝尔单态｜y-＞，与其它贝尔态分开来。
如上图所示，在光子离开分光器(BS)出来的两个途径上各置一个偏振分光器（PBS）。光子经过PBS后，按概率分成垂直偏振和水平偏振两条路。左右两边的光子的两种可能性分别由侦测器\(D_1\)、\(D_3\)和\(D_2\)、\(D_4\)探测。我们仅仅当左右方两个检测器同时侦测到光子时，才作记录，这就是所谓的同时符合测量(coincidence measurement)。这样的设置意谓每一出来的途径必须有一个光子，所以只有两个可能：两个光子经过分光器时都继续前进或同时被反射，因为这两种情形是无法区分的，所以出来后之两光子态是这两种情形之状态之线性叠加，其振幅大小相同而符号相反。因此，在符合测量设置下，只有贝尔单态｜y-＞是容许的。这时，我们测量到了贝尔单态，而原来两光子之状态也崩溃成贝尔单态。
1997年，塞林格所领导的奥地利国际研究小组第一次在实验上实现了量子隐形传输。2004年，这个小组又利用多瑙河底的光纤信道，成功地将量子态隐形传输距离提高到600米。之后，中国科大——清华联合小组在北京八达岭与河北怀来之间，架设长达16公里的自由空间量子信道，并取得了一系列关键技术突破，最终在2009年成功实现了世界上迄今为止最远距离的量子态隐形传输。
量子隐形传态实验过程的简化原理图如下所示：
图中心纠缠光源发出的孪生光子\(A\)和\(B\)分别传送给Alice和Bob。 Alice 处有半透半反分光器BS等，对\(A\)以及准备隐形传态的光子X，作刚才我们所描述的"同时符合"贝尔测量，将测量的结果："符合"或"不符合"，通过经典通道，比如微波天线，发射给远在另一端（多瑙河对岸）的Bob。然后，Bob便需要对他所拥有的\(B\)，或者说是，从多瑙河底的光纤信道（量子通道）传过来的光子，作一些我们上一节中提到过的"变换处理"。
比较起Alice的"贝尔测量"来说，Bob的"变换处理"操作要简单多了，因为实际上，在Alice用\(X\)和\(A\)完成贝尔测量的那一霎那，\(X\)、\(A\)、\(B\)三粒子之间，已经完成了"纠缠转移"：原来不纠缠的\(X\)和\(A\)纠缠起来，光子\(X\)原来量子态的大部分信息，已经转移到\(B\)。比如在Alice作的"同时符合"贝尔测量情况下，Bob只需要根据从微波天线接受到的信息，对光纤信道传来的光子，作点小变换：如果微波信息是"符合"，什么也不作；如果微波信息是不"符合"，则将传来的光子的偏振方向变成与原方向垂直。上面所说的目的，用得到的微波信息，连到一个电光转换开关，再控制偏振器，即可达到。像在上图中，Bob的圆圈中所显示的那样。
到此为止，原来的光子\(X\)的所有信息都转移到了Bob所拥有的光子\(B\)上。而实际上，Alice和Bob从始至终都对\(X\)上的这些信息一无所知，他们唯一所知道的只是： 最后，\(X\)和\(A\)成为纠缠单态，Bob的粒子有了原来\(X\)的所有性质，隐形传态完成了。
在量子隐形传态的实验中，调节每个光子之间的时间差，做到两个光子必须"同时"到达测量仪器，对隐形传态的成功与否至关重要。
"贝尔测量"也是影响传态保真度的重要因素。因为利用线性光学元件，不能完全区分四个贝尔态。因此，要实现完全的贝尔测量，就需要采取另外一些办法。一个方法是使用非线性的光学器件（见参考资料）。
另外一条路就是采取"连续变量"纠缠源来实现量子隐形传态。
我们在此文中所叙述的量子纠缠及其在量子信息中的应用，基本是基于以单光子偏振态为代表的 "分离变量"方法。实际上，也有不少实验室研究所谓"连续变量"的量子信息技术。连续变量量子信息，是以光场正交振幅和正交位相分量为代表。"分离变量"对应于有限维的状态空间，可以用简单的量子力学算符和方程准确描述，而"连续变量"对应于无限维的状态空间，解释起来不容易。两种方式各有优点与不足，比如对量子隐形传态来说，用连续变量方法，可以做到完全的贝尔测量，理想情况下的贝尔探测效率可达100%。在此我们不多谈两种方式的优缺点，目前也有人提出hybrid 的方案，即是将分离变量和连续变量量子资源结合起来，发展混合型的量子信息技术。
可喜的是，对量子信息的研究和实验方面，中国的学者们，走在了国际科研的前沿。除了使用分离变量方法的中科大-清华团队之外，山西大学光电研究所在连续变量量子信息方面做了很多突出的工作，他们的实验室，不仅在国内连续变量领域是独此一家，在世界上也可算是这方面几个有代表性的实验室之一。他们在2004年，最早实现了连续变量的量子隐形传输。2006年，他们的研究团队利用连续变量量子纠缠，设计和实现了量子保密通信，并证明了它在长距离传输中的安全性（见参考资料）。
【图片出处：山西大学光电研究所网站】
[1]第一次量子隐形传态：D. Bouwmeester, J. W. Pan, K. Mattle, M. Eibl, H.Weinfurter, and A.Zeilinger, "Experimental quantum teleportation,"Nature 390 (9 (1997).
[2]中科大和清华团队文章：Xian-Min Jin, Ji-Gang Ren, Bin Yang, Zhen-Huan Yi,Fei Zhou, Xiao-Fan Xu, Shao-Kai Wang, Dong Yang, Yuan-Feng Hu, Shuo Jiang, TaoYang, Hao Yin, Kai Chen, Cheng-Zhi Peng and Jian-Wei Pan. ExperimentalFree-Space Quantum Teleportation，Nature Photonics, 4, 376-381(2010).
[3]连续变量："Experimental procedures for entanglementverification", on Phys. Rev. A 75 , 07)；
[4]混合型量子信息："Optical hybrid approaches to quantum information" on Laser & Photonics Reviews , February 25 , 2010。
[5]连续变量量子隐形传输：Phys.Rev.Lett.93.250503;
[6]连续变量量子保密通信：Europhys. Lett. 87, 2); Phys. Rev. A 74,06)。
[7]完全贝尔测量：
（全文完）
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量子连续测量两次结果一样吗
量子连续测量两次结果一样吗
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那么它将表现为粒子性质，举例说明：同一个电子，如果你的实验装置测得了它的质量，就无法确切测量他的速度。单个光子通过双缝展现出波的属性，可以得到明暗干涉条纹；但是如果你确切测量了光子到底通过了哪条狭缝，好像它同时穿过两条狭缝微观世界的基本粒子遵从量子力学的统计学原理，一个粒子的不同属性不能被同时测量
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·安信策略、通信·哪怕错过了VR，不要错过
！&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&徐彪、李伟&分析师徐彪&&&&&&&&&&&&&&报告摘要：&&&&&&&&&&&&&&■■上周，量子信息产业捷报频传：先是谷歌发布论文称在一个特定的、精心设计的概念证明问题上，
机相比于经典计算机实现了1亿倍的速度提升；随后欧洲物理学会新闻网站《物理世界》发布2015年度国际物理学领域的十项重大突破，中科大量子隐形传态成果荣登榜首。安信研究也于周五早上第一时间提示量子通信的相关投资机会。从策略主题投资的角度出发，我们认为量子信息主题符合自上而下支撑强（政策催化力度大）、未来发展空间大（主题弹性高）、顺应产业发展趋势（短期不易证伪）等因素。&&&&&&&&&&&&&&■量子信息技术，助力
产业的质变和腾飞。量子信息技术的两大主流应用领域分别是量子通信和量子计算。一方面，量子通信因其无条件的安全性成为各国抢占信息安全制高点的终极武器，而我国在量子通信技术的研发领域则处于世界领先地位。另一方面，量子计算很有可能以其领先的数据处理能力为人工智能的未来插上腾飞的翅膀，海外的巨头公司正不断加大经费进行研究和测试，我国也由阿里云和
在上海联合创立了量子计算实验室，但这一领域的研究整体上还处于攻坚阶段。&&&&&&&&&&&&&&■基本面：产业仍是蓝海，未来空间广阔。一方面，目前来说量子通信处于应用层面的初级阶段，而量子计算则还停留在研究测试期，国内涉及量子信息领域的企业尚为数不多，统计来看A股也大约只有十几家上市公司直接或间接与其相关，因此产业一片蓝海、竞争格局未定，对于主题投资来说具有更大的想象空间。另一方面，我国在量子通信方面已经处于国际领先地位，量子保密通信城域网技术已经成熟达到商用水平，未来一旦实现更多技术突破市场空间将非常广阔。据专家预测，单就量子加密领域而言，国内现有潜在市场规模即可达500~1000亿元。&&&&&&&&&&&&&&&■政策面：“
”顶层规划力推，产业趋势明确。近年来，新闻联播两次聚焦量子通信。本次十三五规划建议中要求部署一批体现国家战略意图的重大科技项目，量子通信首当其冲。在我国大力支持
发展的现阶段，以量子信息技术为代表的高尖端领域或许已经迎来最好的发展时期，未来政府加大投入和扶持力度是大概率事件。同时国家层面对于信息安全空前的重视程度，都促使量子信息成为具有顶层战略意义的重要领域和发展方向。&&&&&&&&&&&&&&■市场面：认知朦胧期，存在预期差是最好的布局阶段。由于量子信息技术的专业性和其所处的产业周期，大部门的投资者对于量子通信、量子计算的认知仍然停留在较为基础和朦胧的阶段。主题投资的取胜之道在于对预期差的提前把握，目前市场对于量子信息技术突破、产业发展的预期都较为模糊，也是投资者分歧最大的时期。在明确的产业发展趋势面前，不管是从短期、还是长期主题投资的角度出发，现阶段布局量子信息主题都是最佳时机。&&&&&&&&&&&&&&■建议关注以下与量子信息相关的标的：神州信息、华工科技、三力士、福晶科技、浙江东方、中信
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·2015CNCC主报告·潘建伟：
和量子模拟（演讲全文44PPT）&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&新智元&&&&&&&&&&&&&&1新智元编辑1&&&&&&&编辑自2015中国计算机大会&&&&&&&&&&&&&&·潘建伟·中国科学技术大学教授、副校长，中国科学院院士，发展中国家科学院院士。长期从事量子光学、量子信息和量子力学基础问题检验等方面的研究工作，在
、多光子纠缠操纵和冷原子量子存储等研究方向上做出了系统性创新贡献。在Nature、Nature子刊、PNAS和&Physical&Review&Letters等国际学术期刊上发布论文100余篇。研究成果曾入选《科学》杂志“年度十大科技进展”，并同伦琴发现X射线、爱因斯坦建立相对论等影响世界的重大研究成果一起被《自然》杂志选为“百年物理学21篇经典论文”。&&&&&&&&&&&&&&·中新网合肥10月22日电(记者&吴兰)·22日，2015中国计算机大会在安徽合肥开幕，麻省理工学院教授、2014图灵奖获得者、美国工程院院士MichaelStonebraker，中国工程院院士、国家自然科学基金委员会信息科学部主任柴天佑，中国工程院院士、计算机工程和
专家李德毅等来自海内外的计算机领域的诸多顶级“大腕”现场助阵。&&&&&&&&&&&&&&当日，特邀麻省理工学院教授、2014图灵奖获得者、美国工程院院士MichaelStonebraker作报告。据悉，图灵奖是计算机界最负盛名、最崇高的一个奖项，有“计算机界的
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最终能否成功，对整个科学界还是个未知数。但理论研究表明，与通用量子计算机相比较，量子模拟机这样一类针对解决一些重大问题的专用量子计算机，在量子比特数目等方面的技术要求并没有那么高。比如，对“波色取样”这样的问题，一旦达到50个左右光子的纠缠，量子模拟机的计算能力就能超过目前最快的“天河二号”
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和提供重要指导，孕育和推动物质科学领域新一代技术革命和产业变革，有望在10至15年内取得重大突破。&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&潘建伟教授演讲全文&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&·潘建伟·上午好！&非常高兴能够到中国计算机大会上给大家介绍我们的工作。这个会场非常震撼，因为我是搞物理方面的研究，我们一般开会就几百人，这里开会几千人。今天我报告的题目是“量子的前沿进展”。&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&上个世纪在自然科学方面（不仅仅是物理学）有两个重大发现：量子力学与相对论。量子力学与相对论第一个重要应用是在
方面，1945年首颗原子弹爆炸成功，随后有氢弹、中子弹的成功研制。在这个过程中，物理学尤其是量子物理不经意跟计算机科学联系在一起了。在原子弹理论计算过程中，需要大量的计算，当时在冯诺伊曼的架构下，形成了现代通用的计算机雏形。随后对于量子物理学家和理论物理学家来说，他们希望能够把相对论和量子力学综合起来，来探索宇宙的起源。在对大统一的理论检验过程中，需要有大型的粒子加速器，这个地方每天都产生大量的数据。当时我还是本科生，做理论物理的研究，需要通过电话线把数据传输到全世界各个地方进行处理。从某种意义上这构造了因特网雏形，最后形成了今天的的概念。&&&&&&&&&&&&&&另外，我们知道对相对论进行检验，需要构建非常精密的原子钟，在这个过程当中，我构造了两台原子钟，一台放在一楼，一台放在楼顶，地球转的时候，上下速度不一样，过一段时间对它进行检验，会发现在天上的原子钟比在地面的原子钟走的要慢一些。所以在利用量子力学来构建原子钟的过程中，就有非常精确的时间概念，而有了时间概念就可以进行导航。&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&20世纪，在研究和应用量子力学相对论的过程中，所催生的信息科学已经为人类文明带来了巨大进步。随着技术的发展，物理学家遇到了所谓的瓶颈。摩尔定律告诉我们，不久的将来
晶体管的尺寸会达到纳米级，电子的运动规律不再遵循传统的经典的电动力学，那半导体的计算规则就不可靠了。量子力学扮演着重要的角色，所以我经常会思考，未来的计算机会是怎么样的？&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&与此同时，在信息科学方面，有
的瓶颈。比如说
可以有后门，在
当中也可以对光路进行无感窃听，对服务器也可以进行窃听，世界存在着各种各样的窃听和黑客攻击模式。为了解决这个问题，我们可以对信息进行加密，但随着信息技术的发展，计算能力的增加，传统上认为很难破解的东西很容易就被破解了。这样一来，我们一直在寻求一种在原理上可以无条件安全的通信模式。网络犯罪每年给全球带来数千亿美元的经济损失，这是美国战略和国际问题研究中心的评估，更不用讲在
安全[/tag]和其他方面的重要性了。&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&非常有意思的是，在量子力学前期的应用过程中，不经意地催生了现代信息技术的发展。慢慢的信息技术积累了新问题，量子力学在100年的发展过程当中，已经为解决这些重大问题做好了准备。这就是我今天想介绍的主要内容，量子信息科技。&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&所谓的量子，它非常简单：构成物质的基本单元，能量的最基本携带者。它有一个基本特征是不可分割性，比如说灯光照过来，每秒会发射出数万万亿的光子。什么意思？这个能量衰减的时候，发现光这个东西也是一颗颗小颗粒，跟水分子、氢原子一样，有不可分割的特性。&&&&&&&&&&&&&&我们每天生活的信息单元，一个比特，0或者1加载1个比特的信息。经典世界里面，每一个存储源只能处于0或者1的状态。但是到了量子世界去的时候，在某一个存储源里面可以处于两个状态的相关叠加。具体来说，可以用光子（偏振态）做一个比喻。光在传播过程中以每秒钟30公里飞行，波会沿着两个方向振动，水平振动、竖直振动，水平叫做1，竖直叫做0的话，光子会沿着45度振动。45度对应0+1的状态，它就跟平时计算机里面信息单元的基本规律不一样了。有了这个问题后，对于光子来说，极化态可以处于水平偏振和竖直偏振之外。这个后果是量子不可克隆定理：未知的量子态没办法进行测量，量子有两个基本特性，一个是不可分割，一个是不可被精确的复制。&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&比如说潘建伟今天可以在合肥开会，同时我可以出现在北京，我在合肥叫0，在北京叫1，我只能处于某个地方。到量子世界里可以同时这两个状态的相关叠加，可以同时处于这两个地方。爱因斯坦为代表的科学家认为这种观点是错的，认为量子力学出问题了。他举了一个例子，如果一个粒子可以处于0和1的叠加，两个粒子可以处于00和11状态的叠加，有了这种状态后，一个后果就是量子纠缠。比如说今天大会主席在合肥，我在北京，我们两个有量子纠缠的这两个色子，做实验之后，叫遥远距离之间的诡异互动。我们不仅能操纵0和1，还能操纵0+1，0-1，00+11的状态。
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这样的话新学科就诞生了，叫量子力学科学。从理论的萌芽到现在已经有将近30年的历史了，主要有三方面的作用。一是
，可以实现原理上是无条件安全的信息的传输；二是
，可以具有超快的计算能力，这个信息拥有0和1之外，还有0+1的状态。三是量子精密测量。&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&这两个技术加在一起。如果把光子拿走了，张三送光子，李四收不到了，信号就丢失了，这是一种情况。第二种情况，这个窃听者说我复制一个跟原来这个一模一样的，这个时候就会不可避免的引入噪声，通过噪声的检查，发现窃听者的存在。因为量子不可分割、不可克隆，可以在原理上保证比较安全，实现加密内容不可破译的保密通信。密钥不可随时产生，不可破译。&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&密钥分发的安全怎么保证？这是20年之后的事情，2009年的时候理论上证明了，只要因果律成立，量子密钥分发的安全性就是严格得到证明的。什么叫因果性？就是不能超光速飞行，因为超光速飞行时光就可以倒流，就可以回到从前。这样的话，它的安全性是由物理学的基本原理所保证，到目前为止，因果性是物理里面一条最宝贵的原则。&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&另外，可以用于量子计算，在经典计算机里面一个比特处于0和1，如果说有N个比特的话，到量子世界就可以有2的N次方个比特的相关叠加，对数据的处理可以实现量子并行性，有了量子并行性就可以设计一些特殊的算法。&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&比如说大数分解的算法。它也可以应用
方面的工作，比如说求解一个10个20次方的变量的方程组的话，利用天河2号需要100万，但是利用量子计算器的话0.01秒就可以了。&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&研究普适的
需要很长的时间，我们希望短期的物理学方面的研究取得一些有效的进展。在80年有一位物理学家菲曼教授指出，如果把宇宙当中所有原子构建成非常大的一台传统计算机的话，那么连300个两能级粒子的计算都模拟不了。这时候可以用可控的方式构造人造量子系统，可以搞一个光晶格，里面装300个原子，用武力看它的演化，最后测量的结果对应着计算的结果。量子的模拟，我想在不久的将来，也许5年、10年就会有很好的结果出来。这种情况下，可以在
的机制方面，可以起到非常好的推动作用。&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&最后，简要介绍一下这个领域另外一个应用，叫量子精密测量。量子精密测量可以广泛运用时间、磁场，各种物理学的测量。比如说加速度的测量，对速度进行积分就可以知道3维具体在什么地方。目前用原子叠加构建精确的加速度计，目前实验室条件最好的精度达到10的负12个加速度计。如果用量子导航仪的话，哪怕精度不要10的负12，如果到10的负12，100天后的精度达到米的量级。这样的话，就可以进行自主导航。&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&前面介绍了这个领域简要的研究内容。在实验上要真正实现这些东西，其实非常困难。比如说在量子密钥分发上，我们要把单光子制造出来就非常困难，
管每秒钟发出来的光是10的16次方，一个一个抓出来，加载信息，传输出去在实验上是非常大的挑战，一般我们用准单光子源，把激光衰减，保证每一个脉冲里面有一个光子的概念非常小。如果窃听着把一个光子截断，两个光子拿走一个，剩下一个送走，就会有双子速的分离攻击。2005年之前，在前面将近20年当中，量子密钥分发本身进展非常缓慢，因为它到了10公里之后，每1000秒只能送一个码，而且只能做10公里，根本没有实用价值。
　　中国证券网讯&按此前惯例，2015年度国家科学技术奖拟于2016年1月在人民大会堂举办颁奖典礼。从目前公布的初评结果可预判，若本次自然科学一等奖终有得主，该荣誉将花落“多光子纠缠干涉度量学”。因为该项目是本年度唯一一个入选该奖项等次的初评项目。&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&　　据上海证券报12月15日消息，据科技部官网此前公布的信息显示，2015年度入选自然科学一等奖初评的项目仅有“多光子纠缠干涉度量学”。该项目推荐单位是安徽省、中国科学院。据介绍，该项目组系统地发展了多光子纠缠干涉量度学，并将之创新性地应用于
等多个研究方向，取得了广域量子通信和光学量子信息处理等领域的系统性关键突破；在此基础上，将量子保密通信技术带入现实应用。&&&&&&&&&&&&&&　　自然科学奖作为国家科学技术奖五项奖项之一，为中国自然科学领域的最高奖，意在奖励那些在基础研究和应用基础研究领域，阐明自然现象、特征和规律，做出重大科学发现的中国公民。此前，华罗庚、吴文俊&、钱学森等均获此殊荣。&&&&&&&&&&&&&&　　摩尔定律显示，
晶体管的尺寸开始越来越小，在达到纳米级后电子的运动规律不再遵循传统的经典电动力学；与此同时，
的安全性变得越来越重要，人们开始寻求一种在原理上可以无条件安全的通信模式；量子力学在解决上述问题中有望发挥重要作用，这主要显示在量子通信、量子计算、量子精密测量三个方面。&&&&&&&&&&&&&&　　在量子通信领域，
院士、中科大副校长潘建伟团队希望通过3-5年努力，解决基于中继量子通信的问题，初步开展星地量子实验；通过10年左右的努力，构建高速率实用化的广域化的网络。&&&&&&&&&&&&&&　　基于密钥分发本身进展缓慢等原因，量子通信还处于实验室阶段。目前，中科院等团队于2012年在合肥构建了一个覆盖6000平方公里的实验网，基本证实可满足万用户密钥分发的安全需求；并构建了基于量子通信的高安全通信保障系统；中科大正在跟有关单位合作，推动在金融、
方面的应用，该网络将在2016年底全线开通，希望不久的将来投入运营和使用。此外，中科院启动了“量子科学实验卫星”先导专项，预计卫星2016年上半年发射，用
做城域网，用卫星做广域网，在国际上率先实现高速星地量子通信。&&&&&&&&&&&&&&　　量子计算仍处于早期发展阶段，像经典计算机那样具有通用功能的
最终能否成功，对整个科学界还是个未知数。潘建伟希望2-3年内实现20-30个量子比特的相关操纵；10年左右实现50-100个比特的量子相关操纵，就可以做一些
做不了的事情了。量子的模拟也许在5-10年就会有很好的结果出来。
顺利出光，&下一个超级题材必须要狠搞&&&&&&&&&&&&&&760)this.width=760" onclick="self.open(this.src);" class="lazy" src="placeHolder.png"
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1月份量子货架科学奖公布时必将迎来第2波&&&&下一波量子卫星上天必将迎来第3波&&&&全面应用必将全民爆炒&&&&把控节奏&&&&闻风起舞&随风起舞&&&迎风而上&&&铸就游资&&&&&
建设量子“京沪干线”&梦想“瞬间移动”&&&&&&&&&&&&&&&08:20:23　来源:&cnbeta网站(台州)&&&&&&&&&&&&&&摘要：近日，英国物理学会新闻网站《物理世界》公布了2015年度全球物理学界的10项重大突破。中国科学技术大学潘建伟院士、陆朝阳教授等完成的“多自由度量子隐形传态”名列榜首，被评为“年度突破”。这是《物理世界》首次将这一殊荣授予中国科学家在本土做出的成果。&&&&&&&建设量子“京沪干线”&梦想“瞬间移动”&&&&&&&&&&&&&&“量子科学实验卫星”和“京沪干线”示意图。&&&&&&&&&&&&&&何为量子隐形传态？记者采访了中科
研究院陆朝阳教授。据介绍，明年我国将发射全球首颗“量子科学实验卫星”，全球首条
保密干线——“京沪干线”大尺度
量子通信骨干网也将建成。在上海政府部门、科研机构的大力支持和参与下，量子通信战略性正在孕育。&&&&&&&&&&&&&&上帝不会掷骰子？&&&&&&&&&&&&&&要介绍量子通信和量子隐形传态，还得从量子力学讲起。这是一个与牛顿力学等经典力学差异很大的物理学分支，由普朗克、爱因斯坦、德布罗意、玻尔、海森堡、薛定谔等物理学家创立，是迄今为止描述微观世界最准确的理论。&&&&&&&&&&&&&&中科大专家介绍，一个物理量如果不能连续变化，只能取一些分立的值，我们就说这个量是量子化的。好比上台阶，只能上一个台阶，而不能上半个。宏观世界里的物理量似乎都能连续变化，但在微观世界，许多物理量是量子化的。如氢原子中电子的能量只能取一个基本值——-13.6电子伏特或者其1/4、1/9、1/16、1/25等，而不能取其2倍或1/2、1/3。&&&&&&&&&&&&&&量子力学描述世界的语言与经典力学有根本区别。经典力学描述一个粒子的状态，会给出它在什么位置、具有什么动量；　量子力学给出的则是态矢量。简而言之，态矢量是一种概率。量子力学对粒子状态的描述都是概率——这个粒子有可能在这里，也可能在那里，没有确定的位置。显然，这与我们在宏观世界中形成的常识相悖。莫非是由于粒子运动速度太快，观测者看不清吗？非也。量子力学认为，粒子状态的不确定性是一种客观真实的状态，而不是因为我们获得的信息不全。&&&&&&&&&&&&&&打个比方，有些状态可以用指向为上、下、左、右的箭头表示，于是我们定义“方向”为一个物理量，但是还有些状态是一个圆，圆状态与箭头状态同样真实，只是没有确定的方向而已。如果对圆状态测方向，它会以相同的概率变成任何一个箭头状态。同样道理，科研人员制备多个具有相同状态的粒子，将测量其位置的实验重复多次，发现每次实验结果都不一样。量子力学认为这很正常，因为微观粒子的状态在本质上具有随机性，同样的原因可以导致不同结果。&&&&&&&&&&&&&&这颠覆了经典力学对确定性的信念。爱因斯坦虽然是量子力学的缔造者之一，但终其一生，都不接受这套理论所认可的随机性。他说了一句名言：“上帝不会掷骰子”。&&&&&&&&&&&&&&“瞬间移动”理论上可行&&&&&&&&&&&&&&1935年，爱因斯坦、波多尔斯基和罗森提出一个名为“EPR”（三人姓名的首字母）的思想实验：制备A、B两个粒子的“圆”态，使它们在这一状态中的某个性质（如电子的自旋角动量、光子的偏振）相加等于零，而单个粒子的这个性质不确定；　再将它们在空间上分开得很远（例如几光年）；随后测量粒子A&的这个性质。当测得　A　是“上”，那么测量者立刻就知道B的性质是“下”。&&&&&&&&&&&&&&上世纪80年代，技术条件成熟后，法国的阿斯佩克特等人做了EPR实验。结果发现：EPR　对粒子居然真的具有超时空关联！爱因斯坦为驳倒量子力学而构思的实验，反而证明这套理论是正确的。陆朝阳解释说，这两个粒子被称为处于“纠缠态”，无论相隔多远，一个粒子的量子态确定时，另一个粒子的量子态也瞬间确定。但两者之间并不能用于信息的传输，因此不违反相对论。&&&&&&&&&&&&&&1993年，科学家提出，利用这种鬼魅似的超时空关联，可以进行量子隐形传态——把粒子A的未知量子态传输给远处的粒子B，让B&的状态变成A的最初状态。这种技术一旦实现，有助于实现无条件安全的超远距离保密通信。所谓“无条件安全”，是指原理上不可破译，无论窃听者的能力有多么强大。&&&&&&&&&&&&&&1997年，奥地利因斯大学塞林格、潘建伟等人在《自然》上发表论文，首次实现单个光子的单个自由度的量子隐形传态。2015年，已是
院士的潘建伟和陆朝阳等人实现了单个光子的2个自由度的量子隐形传态。所谓“自由度”，是描述一个体系所需的变量数目。从1到2，这一看似简单的跨越，物理学界探寻了18年，最终由中国团队折桂。&&&&&&&&&&&&&&此前，潘建伟团队还在青海湖实现了100公里的量子隐形传态，创造世界纪录，并实现了冷原子团直接的量子隐形传态。这些成果给人们带来了很大的想象空间。今后，科学家有望实现更复杂物理的隐形传态。“物理学家已经在思考，如何将一个细菌的量子态进行隐形传输。或许在遥远的未来，我们能用这种原理实现人的瞬间传输：上午你在上海，中午瞬间移动到巴黎，吃顿法国餐，然后回上海继续工作。”陆朝阳说。&&&&&&&&&&&&&&京沪金融通信绝对安全&&&&&&&&&&&&&&当《七龙珠》中的瞬间移动术还是梦想时，量子保密通信技术已逐步成熟，达到了可以产业化的阶段。在这一领域，潘建伟团队取得了多项重大原创性科研成果，已占据国际引领地位。&&&&&&&&&&&&&&预计明年7月，我国将发射“量子科学实验卫星”，率先实现高速星地量子通信。这颗由中科大、中科院上海技术物理研究所、上海微小卫星工程中心、中科院成都光电技术研究所联合研制的卫星，将在国际上率先开展空间尺度的量子保密通信、纠缠分发和超远距离的量子隐形传态实验。&&&&&&&&&&&&&&对于量子保密通信，潘建伟解释说，经典通信的信号只有0和1，发生窃听时，这两种信号不会被扰动。如两人打电话时，他人可通过窃听器，从通信线路中的上千万个电子中分出一些电子，使其进入另一根线路，从而实现窃听，而通话者无法察觉。量子通信与之不同，不但有信号0和1，还拥有0+1、0-1等量子叠加态。根据量子力学的不确定性原理和不可克隆原理，量子信号一旦被窃听，量子叠加态就会受到扰动，有可能“塌缩”成另一个量子态。这样一来，通信双方能立即察觉。&&&&&&&&&&&&&&实际应用量子通信的主要困难，是长距离传输过程中会出现信号损耗。为解决这一问题，潘建伟想到了卫星，因为外太空环境接近真空，信号损耗很小。“量子科学实验卫星”如果成功，我国有望在未来发射多颗量子通信卫星，逐步建立覆盖全球的量子通信网络。&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&与此同时，地面上的量子通信网络也在紧锣密鼓的建设中。国家发改委立项的“京沪干线”大尺度光纤量子通信骨干网工程，将于明年完成验收并交付使用。其长度达2000公里，有10多个节点，从北京出发，经过济南、合肥，到达上海。利用这一高可信、可扩展、
的广域光纤量子通信网络，京沪两地的金融机构可以进行保密通信，包括电话、视频通话、电子邮件，达到“无条件安全”级别。&&&&&&&&&&&&&&在张江
管委会、市科委、
政府等大力支持下，中科大上海研究院团队正在建设上海量子通信产业园，包括金融量子保密通信应用示范网、量子通信上海总控中心与
服务中心，作为“量子科学实验卫星”“京沪干线”等国家重大任务在上海落地的公共服务平台。这些重大工程及其带动的产业，将成为上海
中心建设的一大亮点。记者　俞陶然&&&&&&&&&&&&&&netease&本文来源：cnbeta网站&责任编辑：王珏_NT2830
在张江高新区管委会、市科委、浦东新区政府等大力支持下，中科大上海研究院团队正在建设上海
产业园，包括金融量子保密通信应用示范网、量子通信上海总控中心与
服务中心，作为“量子科学实验卫星”“京沪干线”等国家重大任务在上海落地的公共服务平台。这些重大工程及其带动的产业，将成为上海
中心建设的一大亮点。记者　俞陶然
卫星明年升空&&&&&&&&&&&&&&　　&&&&&&&&00:08来源:&新民晚报&&&&&&&　　本报讯&（记者&马亚宁）电子通信时代，
脆弱得像一层窗户纸，基于计算复杂度的经典加密体系一次次被破解，绞尽脑汁的信息加密最终可能沦为形同虚设。唯一的解决之道，就是求助于保障信息安全的“终极武器”——量子通信。记者从昨天举行的第266期东方科技论坛上获悉，由中国科学家自主研发的世界首颗量子科学实验卫星，将于明年6月前发射，这有望使中国先于欧美拥有量子通信覆盖全球的能力。&&&&&&&&&&&&&&　　量子通信作为后摩尔时代的新技术，有望在10至15年之后成为继电子和光电子之后的新一代通信技术。
上海技术物理所王建宇研究员介绍，作为中科院先导计划中空间计划的一部分，量子卫星需要在两年的设计寿命中完成三大任务：卫星和地面绝对安全量子密钥分发、验证空间贝尔不等式和实现地面与卫星之间隐形传态。&&&&&&&&&&&&&&　　这些实验将通过我国自主研发的星地量子
完成，整个的量子通信过程就像是卫星产生光子并“发射光子”，与之对接的地面系统则负责“接收光子”。如果天地间的光子“接发球”顺利完成，意味着以往局限于地球上的量子通信实验场，将移师太空，在全球率先实现星地量子通信。&&&&&&&&&&&&&&　　据预测，在首颗卫星发射成功后，我国还将发射多颗卫星，到2020年实现亚洲与欧洲的洲际量子密钥分发，届时联接亚洲与欧洲的洲际量子通信网也将建成。到2030年左右，则将建成全球化的广域量子通信网络。
到&<input class="tp_input01" type="text" id="yt_bottom"
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