量子计 算起 源于 ２０世 纪 ８０年代 ，１９８２年著 名物理 学家 、 诺 贝尔 奖获 得 者费 恩曼 Ｒ．Ｐ．Ｆｅｙｎｍａｎ首先 提 出量 子 计算 的概 念 ， １９９５年 美 国科学 家 Ｐｅｔｅｒ Ｓｈｏｒ创 造 了著 名 的量子 分解算 法 ，是 至今 为 止量 子计算 领域 中最 著名 的算 法 。后 来 由其他 科研人 员研 究 并演 示 了量子计 算在 冷却 离子 系统 中实 现 的可 能性 。此 时大 家才逐 渐认 识 到量子 计算 机 的超强计 算 能力 ， 和破解 编码 的能力 ，之后 许多 科学 家便 开始 了对量 子计 算 的 研 究 。
ＡＣＡＤＥＭＩＣ ＲＥＳＥＡＲＣＨ 苎 窒
摘 要 ：量子信 息 学是研 究量子信 息处理技 术的科 学 。量子信 息处理技 术 包括 量子 计算技 术 、量子 密码和量子 通信技术 等 ，量子计算机作 为一种颠覆性 的技 术 ，其 对于科技 、产业 乃至是政治格局 所带来 的影响都是 相 当巨大的。量子密码和量子 隐形传 态可有 效提 高量子通 信 网络和量子 签名技 术的安全 性。 量 子计算机 强大的并行计 算和模拟能 力，对信 息 时代的 商业 、军 事、网络 、银 行等领域也 将产 生深远 的 影 响 。
在 ２０１７年 ９月 ２５日的 Ｉｇｎｉｔｅ大会 上 ，微 软 展示 了在 硬 件 软件 生态 系 统开 发和 拓扑量 子位 方面 取得 的进 展 ，支 持研 发 从 能够持 续运 行需 要数 万个 量子 位计 算 的硬件 ，到可 以编 程并 控制量 子计 算 机 的完整 软件栈 。甚 至还 推 出了于后 量子 密 码学 和安 全性 研究 的项 目，并 准备 着手 研发 量 子抵抗 密码 算 法 ，拓扑 量子 计算 是近 十几 年发 展起来 的一 门新 兴交 叉学 科 ，包 括量 子计 算 、拓扑 学 、拓 扑量 子场 论 、以及 含拓 扑序 的凝 聚态物 理等 ，利 用多体 系统 中的拓 扑量子 态来 操控 和存
储量子信息 ，具有 内在容错能力 ，为我们物理实现量子计算 奠定 基础 。２０１７年 １０月 １７日，复 旦大学 和 中国科学 技术 大 学 中科 院微 观磁共 振重 点实 验室 联合研 究 的最新 科研 成果发 表在 《自然 ·物 理 》杂 志上 ，在该技 术 中采 用 了 自主研 发 的 随 机绝 热法 ，通过 量 子模 拟识 别 而 为 系统 中的 ｚ２拓 扑 序被 首 次实现 ，至此 ，量 子计 算机 的发 展 以及今 后量 子物质 的研 究拥 有 了相 当重 要 的基础 。 随着量 子计算 的发展 ，一个 最大 的 问题浮 出水 面 ：量 子计算 机 受环境 影 响非 常大 ，而拓 扑序 成为 这一 问题 的解决 方法 ，因为拓 扑序衍 生 出的量 子 比特 自 动不受 环境 影响 ，所 以拓扑 量子 计算 就 可以屏 蔽周 围环境 的 影 响 。此次 ，研究 人 员给 出 了识 别拓 扑序 的新 方法 ，简 化 了 拓扑 量 子计 算 。早 在 ２０１５年 ，阿 里 云就 联合 中科 院 成立 了 实验 室 ，实 验室 结合 中科 院在量 子计 算 和模拟 、量 子人 工智 能等方 面 的优势 ，以及 阿里 云在 经典 计算算 法 、架构 和 云计 算 方 面的技 术优 势 ，颠 覆摩 尔定 律 ，着手探 索研 发新 一代 超 快 计算技 术 。２０１７年 的 中国杭州 云栖大 会上 ，阿里 云与 中科 院宣布合 作发 布量 子计 算云 平 台 ，该平 台 的搭建 包括 量子计 算 的 系统 架构 及量 子算 法 的开发 计算 环境 。此外 ，阿里集 团 和 中科 院还将 密切 协作 ，将量 子通 信保 密技 术应 用于 数据 中 心安 全和 电子商务 方面 。２０１７年 ５月 ３日，由中国科技 大学 、 浙 江大学 、中科 院 一阿里 巴巴量 子计算 实验 室 、中科 院物理 所联 合研 发 的全球 首 台光 量 子计算 机在 上海 亮相 ，它标 志着 我 国量子 计算 机研 究领 域 已经达 到世界 一流 水平 。 中科 院 院 士 陆朝 阳 、潘建 伟 与朱 晓波等科 研 人员 ，联合 浙 江大学 王浩 华研 究 组 ，首 次 实现 在 １０光 子 纠 缠操 纵 的基 础 上 ，利 用高 品质 的量 子点单 光子 源搭 建 了这 台光量 子原 型机 。成 功实现 了 目前全世 界最 大数 目超 导量 子 比特 的纠缠 ，并 且 在超 导量 子处 理器 上实 现 了快速 求解 线性 方程 组 的量子算 法 。ＩＢＭ于 ２０１７年 在 自己公 司研发 的超导 量子设 备上实 现 了一种新 的量 子算法 ，这种算法不仅可以模拟真实分子，而且能够高效精 确地计 算 出微小 分子 电子 的最低 能态 。这 一次他 们 就用量 子 计 算机 推 导演化 了氢 化铍 （ＢｅＨ ）分 子 的最低 能量 状态 ，该 研 究成 为 了 《自然 》杂志最新 一期 的封面文 章 。
量 子计 算 的实 现有 两个前 提 ，一是 量子 计算 机 ，二是 量 子算 法 ，只有 量 子计算 的快 速运 算能力 才 能满 足人工 智 能的 需求 。量 子计 算 是利用 量子 力学 规律 ，以缠 绕 的量子 态作 为 信息 载体 ，利 用量 子态 的线性 叠 加原理 进行 信息 并行 计算 的 方案 ，比现有 计算 速度 快 的核心 优势是 可 以实现 高速并 行计 算 。随着 纳米 技术 逐渐 取代 传统 的半 导体 晶体管 ，通 过控 制 原子 或小 分 子 的状 态进 行运 算和 存储 ，存储 和运 算能 力远 远 超 出现有 计算 机 ，并 且 能够 完成 比如复 杂路 径搜 索 、大数 分 解等运 算 。
１９６５年 英特 尔创 始人 戈登 ·摩尔 提 出了摩 尔定律 ，换言 之 就 是用 一 美 元 能买 到 的计 算 机性 能 每 隔 １８个 月 翻一 倍 。 ２０１６年 摩尔定 律近 乎失 效 ，导 致摩 尔定律失 效 的两大 主 因一 是处 理 器性 能在 物理 上无 法按 照摩 尔定 律增 长 ，二是 数 据 的 快速 增 长对 计算 机性 能要求 远 超 “摩 尔定 律 ”的增 长速 度 。 ２０１４年 ，美 国宣 布 研 制 出 了世 界 上 纯 度 最 高 的硅 晶体 ，硅 ２８的含量 达到 ９９．９９９９％，解 决 了量 子高 速运算 的关 键 问题 。
关键 词 ：量子信 息学 ；信 息安全 ；量子计算 ；量子通信 ；量子 密码 ；量子 隐 算的起 源和通用性
随着 人们 对 于量子 计算 的深入 探索 ，作为 一种 新型计 算 方式 ，对 信息 通信 的保 密体 系带来 巨大冲击 的量 子计算 机 即 将变 为现实 。