量子信息技术的发展动向
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每个光子 携带信息传 输
晕 子信息技 术
臣 圈
量予通信 Ｉ
Ｉ 景了 密码 Ｊ Ｉ 『 景ｌ 计算机
根据 传输 中被 盗听时 光子状态 变化 可确认在 发送 与接 收之 间有无 盗听
图 １ 量 子 信 息技 术 的有 关 领 域
图 ２ 超 高速 通 信 技 术 概 要
・ １ ・ ３
维普资讯
信 息专 递
２ １世纪 的信 息 技 术 （Ｔ） 向高 性 能 、多 样 化 Ｉ 正 方 向迅速 发展 ， 而且 成 为与 国家 存亡 紧密相 关 的最 重要 课题 。现 在的信 息 技术基 本 上是 使用 电波 、 光 波传 输 和处 理 信 息 。以 ２ Ｏ世 纪末 为 起 点 的信息 量 按指 数 函数增 加 ，由此 可 以预 料 利 用波 的 信息 技术 迟早 将 达到极 限 。最 近 几 年 随着 因特 网 等 的普 及 ，
加 ” 态存 在 的 特 性 ，可 以 同时 取 １和 ０两 个 值 。 状 从 而 ，用 ｎ求 比特 可 以同时表 示 ２的 ｎ乘 数 值 。如 果利 用该 特性 ，仅输入 一 次数据 便 可 同时进 行 ２的
ｎ乘 计算 。在 量子 计算 机上 利用 这 样 的特 性 可 以实 现 现有超 大规 模 计 算 机 的数 百 万 倍 的开关 ／ 理 速 处 度 。例 如 ，图 ２求 比特 可 以 同时表 示 ２比特 数字 的
开关 可 以 同时处理 所有 的输 入 。也就 是说量 子计 算
机可 以实 现完 全 的并列处 理 。在量 子 计算机 上作 为 信 息最小 单位 的求 比特 利用 原 子 或 原 子 核 可 以“ 叠
有关 量子 密码 的理论 研究 在 ８ Ｏ年 代就 开始 了 ， ９ Ｏ年 代得 到 迅 速 发 展 。信 息 安 全 作 为 军事 技 术 中 的核心技 术 自古 以来就 列为 重 点研 究对 象 ， 近随 最
光 波特 性这 一点仍 属古 典信 息技 术范 筹 。而量子 信
息技 术则 是利 用 电子或 光子 的量 子力学 特性 。
量子 信息 技术所 包 含 的具 体 内容大 体可 列举 出
以下 三种 ：１ ）量 子 通 信 ；２ ）量 子 密码 ；３ ）量 子计
算机 。
信息科学 ｌ ｌ量子力学
世纪初 已经完成 ， “ 子 叠加 ” 不 确定 性 原 理” 对 量 、“ 以及 “ 子 相 互 作 用 ” 本 明 确 了其 自然 属 性 。２ 量 基 Ｏ
现在 的光通 信是 利用 光 的强弱来 显 示 “ ” １ ０ ，“ ”
的数字 信号 ，而量 子通信 是 利用 每一 个 光子 来 携带
着 因特 网在 民间 的迅速 普及 ，密码 技 术 已成 为信 息
安 全 的核心 技术 ， 主流 称 为公 开键 密码 。采 用 这 其
种 方式 时 ，首 先 利 用 对 方 的公 开 键 对 数 据 进 行 编
码 ， 后将 其 发送给 对方 ，对 方 则利 用 自己 的秘 密 然 键 进 行译码 。只有用 自己的秘 密键才 能解读 用 自己 的公 开键 编码 的文章 ，即便 第 三 者 可 以偷 听 ，也 不
信 息 ， 图 ２ 示 可快 速增 加信 息 传输 量 。而 且 量 如 所 子 世 界还 具 有 将 相 互 作 用 的量 子 分 别 置 于 不 同场 所 ，如果 操作 一方 则瞬 时其信 息 便传 输 到另 一 方 的 惊 人特 性 。这种 特性就 称 为“ 子 相互 作 用” 利 用 量 ， 这种特 性 ，在原 理上 不 必架 设 电线 等通 信 线路 ，不
略项 目积极 进行 研究 开 发 。 １ 量子通 信
容量 图像 等 的高速信 息通 信技 术 与防卫领 域 的信息 技术 以及 最近 出现 的电子 商务 等 不 断扩 大 ，以密 码 为代 表 的信息 安全技 术等 已成 为世 人关心 的大 事 。 在物 理学世 界 ， 代古 典 力学 的量子 力学 在 ２ 取 Ｏ
全部 组 合 ，即 可 同 时 表 示 ２的 ２乘 数 值 （ ０ １ ｏ 、Ｏ 、
１ 、１ ） ０ １ 。用 ３求 比特 可 以 同 时表 示 ３比特 数 字 的
可能解 读 。这样 的公 开键 密码 算法利 用 了质 因数分
解 的“ 使两 个质 数相乘 得 出答案 容易 而反 推算 困难” 的特性 。巨大数 的质 因 数分 解 需 要 花 费很 长 时 间 ， 因此 这种密 码 的解读 事实上 是 不 可能 的 ，这 种 特性 就 成 为密码 安全性 的根据 。但 从相 反 的角 度 看 ，如 果 有 特大 的计算 能力 ， 有密 码 的解 读 在原 理上 不 现 是 不 可能 的 。实 际上使 用量 子 计算 机 时 ，理论 证 明 非 常有 效 的解读 算法 是存 在 的 。而 只有量 子密 码不 论 用 多长计 算 时间也 绝对不 能 解读 ，在原 理 上将 实
飞航 导 弹
２０ ０ ２年第 １ Ｏ期
维普资讯
征 的量 子通 信与现 有 通信技 术 相 比，其 传输 速 度 可
望提 高 １０ ０万倍 以上 。 ０
２ 量 子 密 码
实现 这种 求 比特 的组件 ，已经提 出各 种方 案 。 量子 计算 机利 用 求 比特 ，使 用 并列 连结 的量 子
民用 信 息技术爆 炸性 增加 ， 别 是 可 以发送 接 收大 特
图 １ 示 为与 量子信 息技 术有 关 的领域 。这 些 所
技术 目前都 处 于基础 研究 阶段 ，但是 量 子信 息 技 术
有望 成为 未来 信息通 信 技术 的基本 技术 。现 在包 括 欧美 大 国在 内的许 多国 家都把 量子 技术 作 为国家 战
世 纪科 学 技 术 的 飞 跃 发 展 ，基 于 量 子 力 学 的 自然 观 ，实现 了半 导体等 重 大 发 明 ，为 电子 技 术奠 定 了
论 多大 容量 的信息 瞬 间即可 传到对 方 。具有 这种 特
基 础 。现在 的信 息通 信 中大部分 仍依 赖于 这些 电子
技 术 。但作 为信 息的传 递 、处 理方 式仍 利 用 电波 或
晕 子信息技 术
臣 圈
量予通信 Ｉ
Ｉ 景了 密码 Ｊ Ｉ 『 景ｌ 计算机
根据 传输 中被 盗听时 光子状态 变化 可确认在 发送 与接 收之 间有无 盗听
图 １ 量 子 信 息技 术 的有 关 领 域
图 ２ 超 高速 通 信 技 术 概 要
・ １ ・ ３
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信 息专 递
２ １世纪 的信 息 技 术 （Ｔ） 向高 性 能 、多 样 化 Ｉ 正 方 向迅速 发展 ， 而且 成 为与 国家 存亡 紧密相 关 的最 重要 课题 。现 在的信 息 技术基 本 上是 使用 电波 、 光 波传 输 和处 理 信 息 。以 ２ Ｏ世 纪末 为 起 点 的信息 量 按指 数 函数增 加 ，由此 可 以预 料 利 用波 的 信息 技术 迟早 将 达到极 限 。最 近 几 年 随着 因特 网 等 的普 及 ，
加 ” 态存 在 的 特 性 ，可 以 同时 取 １和 ０两 个 值 。 状 从 而 ，用 ｎ求 比特 可 以同时表 示 ２的 ｎ乘 数 值 。如 果利 用该 特性 ，仅输入 一 次数据 便 可 同时进 行 ２的
ｎ乘 计算 。在 量子 计算 机上 利用 这 样 的特 性 可 以实 现 现有超 大规 模 计 算 机 的数 百 万 倍 的开关 ／ 理 速 处 度 。例 如 ，图 ２求 比特 可 以 同时表 示 ２比特 数字 的
开关 可 以 同时处理 所有 的输 入 。也就 是说量 子计 算
机可 以实 现完 全 的并列处 理 。在量 子 计算机 上作 为 信 息最小 单位 的求 比特 利用 原 子 或 原 子 核 可 以“ 叠
有关 量子 密码 的理论 研究 在 ８ Ｏ年 代就 开始 了 ， ９ Ｏ年 代得 到 迅 速 发 展 。信 息 安 全 作 为 军事 技 术 中 的核心技 术 自古 以来就 列为 重 点研 究对 象 ， 近随 最
光 波特 性这 一点仍 属古 典信 息技 术范 筹 。而量子 信
息技 术则 是利 用 电子或 光子 的量 子力学 特性 。
量子 信息 技术所 包 含 的具 体 内容大 体可 列举 出
以下 三种 ：１ ）量 子 通 信 ；２ ）量 子 密码 ；３ ）量 子计
算机 。
信息科学 ｌ ｌ量子力学
世纪初 已经完成 ， “ 子 叠加 ” 不 确定 性 原 理” 对 量 、“ 以及 “ 子 相 互 作 用 ” 本 明 确 了其 自然 属 性 。２ 量 基 Ｏ
现在 的光通 信是 利用 光 的强弱来 显 示 “ ” １ ０ ，“ ”
的数字 信号 ，而量 子通信 是 利用 每一 个 光子 来 携带
着 因特 网在 民间 的迅速 普及 ，密码 技 术 已成 为信 息
安 全 的核心 技术 ， 主流 称 为公 开键 密码 。采 用 这 其
种 方式 时 ，首 先 利 用 对 方 的公 开 键 对 数 据 进 行 编
码 ， 后将 其 发送给 对方 ，对 方 则利 用 自己 的秘 密 然 键 进 行译码 。只有用 自己的秘 密键才 能解读 用 自己 的公 开键 编码 的文章 ，即便 第 三 者 可 以偷 听 ，也 不
信 息 ， 图 ２ 示 可快 速增 加信 息 传输 量 。而 且 量 如 所 子 世 界还 具 有 将 相 互 作 用 的量 子 分 别 置 于 不 同场 所 ，如果 操作 一方 则瞬 时其信 息 便传 输 到另 一 方 的 惊 人特 性 。这种 特性就 称 为“ 子 相互 作 用” 利 用 量 ， 这种特 性 ，在原 理上 不 必架 设 电线 等通 信 线路 ，不
略项 目积极 进行 研究 开 发 。 １ 量子通 信
容量 图像 等 的高速信 息通 信技 术 与防卫领 域 的信息 技术 以及 最近 出现 的电子 商务 等 不 断扩 大 ，以密 码 为代 表 的信息 安全技 术等 已成 为世 人关心 的大 事 。 在物 理学世 界 ， 代古 典 力学 的量子 力学 在 ２ 取 Ｏ
全部 组 合 ，即 可 同 时 表 示 ２的 ２乘 数 值 （ ０ １ ｏ 、Ｏ 、
１ 、１ ） ０ １ 。用 ３求 比特 可 以 同 时表 示 ３比特 数 字 的
可能解 读 。这样 的公 开键 密码 算法利 用 了质 因数分
解 的“ 使两 个质 数相乘 得 出答案 容易 而反 推算 困难” 的特性 。巨大数 的质 因 数分 解 需 要 花 费很 长 时 间 ， 因此 这种密 码 的解读 事实上 是 不 可能 的 ，这 种 特性 就 成 为密码 安全性 的根据 。但 从相 反 的角 度 看 ，如 果 有 特大 的计算 能力 ， 有密 码 的解 读 在原 理上 不 现 是 不 可能 的 。实 际上使 用量 子 计算 机 时 ，理论 证 明 非 常有 效 的解读 算法 是存 在 的 。而 只有量 子密 码不 论 用 多长计 算 时间也 绝对不 能 解读 ，在原 理 上将 实
飞航 导 弹
２０ ０ ２年第 １ Ｏ期
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征 的量 子通 信与现 有 通信技 术 相 比，其 传输 速 度 可
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２ 量 子 密 码
实现 这种 求 比特 的组件 ，已经提 出各 种方 案 。 量子 计算 机利 用 求 比特 ，使 用 并列 连结 的量 子
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图 １ 示 为与 量子信 息技 术有 关 的领域 。这 些 所
技术 目前都 处 于基础 研究 阶段 ，但是 量 子信 息 技 术
有望 成为 未来 信息通 信 技术 的基本 技术 。现 在包 括 欧美 大 国在 内的许 多国 家都把 量子 技术 作 为国家 战
世 纪科 学 技 术 的 飞 跃 发 展 ，基 于 量 子 力 学 的 自然 观 ，实现 了半 导体等 重 大 发 明 ，为 电子 技 术奠 定 了
论 多大 容量 的信息 瞬 间即可 传到对 方 。具有 这种 特
基 础 。现在 的信 息通 信 中大部分 仍依 赖于 这些 电子
技 术 。但作 为信 息的传 递 、处 理方 式仍 利 用 电波 或
