谈谈我所知道的量子信息

166111

本帖最后由 166111 于 2011-9-23 11:19 编辑

看到半斤酒和科大id吵量子信息，感到有点意思，就冒个泡，说说自己知道的量子信息。

量子信息本身既不是伪科学，也没有媒体吹得那么神奇，什么隔空传物，轻易实现大数分解，或者根本不是那回事，或者没那么简单。量子信息基本包括量子通信和量子计算两大方面，就理论难度而言，量子通信的理论门槛并不高，本科的量子力学都足够了，量子通信的基本理论原理就很简单，还有量子不可克隆的数学证明亦是如此，本科生就能轻易看懂，所以现在在国内做量子信息的人很多，包括很多师范学院的，很多论文自然没什么深度，不值一提，不过确实养活了不少人。当然，理论要做深了，和计算理论相结合，比如应明生做的那些，就不是普通人玩得起的了。

再说说量子信息的简史吧。量子计算的原始概念第一次是由大物理学家Feynman在某次演讲中提出的（在他之前有Holevo、Ingarden还有几个俄国人也提出过不成形的量子信息的想法），他提出用量子系统本身来模拟量子现象的想法，这是因为模拟复杂量子现象所需要的经典计算机耗费的资源和时间都已超过了人类能提供的极限，这就涉及到经典计算机（基于图灵机这样的数学模型）的计算极限问题。在那时之前，对计算机（图灵机）的计算能力的估计都是以strong Church-Turing thesis为依据，即图灵机可以有效模拟任何算法过程。这里特别要注意这个有效一词，指的是模拟所需要的时间和资源至多是问题输入字符串的长度的多项式函数，即不能随着输入长度指数增加。随着概率性算法的引入，strong Church-Turing thesis又被进一步加强，即概率性图灵机可以有效模拟任何算法过程。由于量子现象本身特有的几率性，David Deutsch提出用量子力学理论推导出比Church-Turing thesis更强的论题，在此基础上他第一个提出了量子图灵机的或者说量子计算机的数学模型，虽然现在看来还是比较粗糙的，随后，1990年，发现了在经典计算机上没有已知有效模拟的系统可以用量子计算机来有效模拟。量子计算机的计算能力至少是不弱于经典计算机的，因为量子计算机上运行的算法等同于可逆计算（因为量子现象都是可逆的），而任何经典计算机上运行算法都有与之等效的可逆算法，所以，量子计算机至少不差于经典计算机。

在上个世纪90年代，在基于量子图灵机的模型上出现了两个轰动一时的量子算法，一个是1994年Bell实验室的Peter W. Shor提出的大数分解量子算法和求解离散对数问题的量子算法，大数分解在经典计算机上实现还是NP问题，即只有时间复杂度是输入长度指数长的经典算法，而Shor提出的量子算法是多项式时间复杂度，尽管这是个概率性算法，即有一定的出错几率，但因其对于当时银行及网络等处的RSA加密算法构成潜在威胁而轰动一时，值得指出的是Shor当年是中学生数学国际奥赛（IMO）的银牌得主，他本人也因为这个算法而获得1998年国际数学家大会颁发的Nevanlinna奖。另一个著名算法就是1996年一个印度人Grover提出的无序数据库的搜索算法，即著名的Grover量子搜索算法，这个算法本身并非有效算法，但比经典算法快得多，做到了所谓的二次加速，几年后清华龙桂鲁对这个算法提出了一个漂亮的几何解释和修改，后来被称为Grover-Long算法。再说个八卦，Grover本人比较mean，写文章经常只引自己的。

以上两个量子算法的提出有力地证明量子计算机比经典计算机更为强大。但是一个问题是：量子计算机是否在计算能力上比经典计算机有本质性的提高？所谓本质性的提高就是指所有在经典计算机上还没有多项式算法的问题，比如NP问题，是否在量子计算机上有多项式算法？大数分解以及其他问题仅仅是某几个特定问题，或者是概率性量子算法。Grover搜索算法提出后一个重要后果就是大家都试图提出一个具有多项式时间复杂度的量子搜索算法，这样就可以一劳永逸地证明了NP问题都有多项式量子算法，也就证明量子计算机在计算能力上和经典计算机比根本不是一个层次的，有本质的提高。很不幸，当时提出的算法都被一一证明不是多项式算法，因此量子计算机在计算能力上是不是比经典计算机有本质的超越现在还不知道，至少就本人的了解看是这样。

166111

先去吃饭，待会儿再写

星溯流光

前排留名。

166111

量子信息为什么这么火，最重要的是以往一直属于哲学争论范畴的量子力学的一些基本性质乃至整个理论体系的假设，比如量子测量、量子态的叠加和相干性，以及半个多世纪前因爱因斯坦发起对量子力学非定域性假设的攻击而引入的EPR量子纠缠的概念等，第一次和实际生活产生直接的深刻的联系，尽管量子信息技术最终能否投入使用还有待时间的检验。另外一个重要的问题是，量子计算机背后的重要物理依据：量子力学的非定域性，迄今为止，其哲学意义上的争论依然没有停止。

再说量子通信。量子通信被媒体炒得很火，而且有很多民科式的误解，比如隔空传物，超光速通信，这些都相当不靠谱。量子通信的基本原理非常简单，但也和量子力学的本质有直接的深刻联系。量子通信的理论基础是所谓的量子隐形态传送（quantum teleportation，也有人译作量子遥传），是在1993年由IBM的Charles Bennett及合作者提出的，发表在一篇在此前更早的1984年，他和合作者Gilles Brassard提出来第一个量子密码协议BB84方案，特别是这个BB84，实在是养活了国内很多二三流高校的研究者，迄今为止还有不少人发中文的研究论文讨论他的种种修改、推广和应用等等。值得一提的是Bennett首先是一位计算机科学家，不得不感慨下美国的几个著名大公司如IBM、贝尔实验室都是卧虎藏龙，人才辈出，丝毫不比名校物理系差。在这之后，所有的量子通信的基本实验都是基于Bennett提出的理论方案。量子通信第一次在实验上实现，是1997年由潘建伟原来所在的奥地利因斯布鲁克大学Anton Zeilinger组做出的，记得不错的话也就是这篇论文被称为“爱因斯坦等世界著名科学家的论文一道入选《自然》杂志的物理学百年经典”，不过这篇论文的第一和通信作者都是Dik Bouwmeester，而不是Zeilinger本人，潘建伟为第二作者。Zeilinger在此之前已经是量子光学领域的名人。量子通信之所以被捧得如此重要，第一是和量子力学的基本假设直接相关，Bennett的方案中涉及到的量子力学的三个基本假设，还涉及到当年爱因斯坦引入的EPR纠缠。说到这个量子纠缠，还得提到另一个中国人史砚华，他好像是1981年毕业于西北大学，现为马里兰大学教授，1995年史砚华根据前苏联Klyshko等人的理论方案，在世界上首次在实验上实现了双光子纠缠源的“鬼”成像，并因此获得Willis E. Lamb奖。量子通信第二个重要所在就是所谓的量子通信的保密性，也就是所谓的量子态不可克隆原理（non-cloning theorem），这个定理的证明非常简单，早在1982年由Wootters和Zurek发现，以仅有一页纸的letter形式发表在Nature上。Bennett的BB84方案也是建立在该定理的基础之上的。该定理保证了量子通信不可能以不被发现的形式被窃听，因此也就有了所谓的军事上的重要性。

3020198

套用楼主的话：感到有点意思

166111

本帖最后由 166111 于 2011-9-23 14:46 编辑

量子通信的这两个重要性并不为常人所了解，因为普通人并无量子力学的基本知识。在宣传上，一些研究组为了找到形象的常人能接受的解释，抑或也可能为了宣传的热点，甚至可能是媒体记者自己的误解，因此在媒体上出现了超距相互作用，瞬时隔空传物等字眼，比如中国网这篇报道http://www.china.com.cn/chinese/TEC-c/631415.htm，第一段非常明显，然而这在物理上本身是说不通的，Bennett的量子通信方案本身，并不会传送系统自身，也不会通过重组粒子的方式来copy任何物体，更为重要的是，这一方案最终仍然会借助传统通信媒介，所以也不会有任何超光速传递信息的可能。因此，所谓“星球战士从某一地点突然消失，而瞬间地出现在遥远的另一点”，这是根本不可能实现的。

这里简单描述一下Bennett量子通信方案本身。该方案假设有两个人Alice和Bob进行信息交换，Alice想把某项信息传输给Bob，这条信息本身用一个光子1的偏振态来编码，传输的方式通过另外两个纠缠光子对2和3，其中Alice持有光子1和2，Bob持有光子3，注意光子2和3此时在全空间处于纠缠态。如果写出这三个光子在全空间的波函数，自然会写成2和3的纠缠波函数和1波函数的直积；倘若我们换一种写法，三光子波函数也可以写出1和2的纠缠波函数与3的波函数的直积。Alice所要做的，就是对手中的1和2进行所谓的贝尔基测量，所谓贝尔基就是1和2的四个线性无关的最大纠缠波函数。如果Alice在贝尔基下对1和2测量，测量之后，1、2和3的全空间波函数瞬时发生塌缩，Bob所持有的光子3的状态立刻变成Alice原有的1的经过某种幺正变换后的态。现在Alice必须通过某种经典通信媒介告诉Bob自己测量得到的是1和2的哪一种Bell基，Bob只需要针对Alice的四种测量结果对3进行相应的幺正变换操作，便得到原来的1的初始状态（编码信息）。这整个过程利用了多粒子复合系统的张量积波函数描述、量子测量导致的全空间塌缩和EPR纠缠粒子对的性质等一系列与量子力学本质相关的操作，同时整个过程被量子态不可克隆原理所保护，不可被窃听。但是我们可以看到，整个过程中没有任何粒子被传送，也没用任何信息可以超光速传递。可以看到，整个过程被传送的仅仅是Alice手中光子1的偏振态，传送是通过Alice和Bob两人分别持有的一对纠缠光子中的一个来实现的，因此，制备处于量子纠缠态的多光子体系是实验中的极重要的一步。

四海之内

丫丫WD 真是好学,对量子技术也有研究?

166111

丫丫WD 真是好学,对量子技术也有研究?
四海之内 发表于 2011-9-23 14:47

呃，敲字累死了，先歇歇。

pgds

一直不懂，如果真的计算速度非常非常快，那么必然需要大量的能量，这些能量从何而来？
包括量子通信，也是如此，将一个东西传过去，最终还是要解决能量问题。

小六子

楼主赶紧啊
的帖子长度不符合要求。 当前长度: 17

四海之内

回复 10# 小六子


同济的,参和个啥?

166111

一直不懂，如果真的计算速度非常非常快，那么必然需要大量的能量，这些能量从何而来？
包括量子通信，也是 ...
pgds 发表于 2011-9-23 15:22

和能量毫无关系，因为有所谓的量子并行性，可以对2^n个态同时操作，但问题也在这里，下面会谈到。
还有，早就说了，量子通信根本不传送任何粒子和实物。

166111

本帖最后由 166111 于 2011-9-23 16:21 编辑

再说说个人对量子信息所面临的困难的看法。先说量子计算。量子计算的特点是充分利用了量子态的所谓叠加性和相干性。在想象中的量子计算机模型中，信息是通过编码存储在量子位中，与经典计算机的每个存储单元（或者说位，bit）仅仅同时可以存储0和1不同，n个相干的量子位可以处于n个0或1的线性叠加态中，而n个0或1可以编码2^n个态单元，并通过线性叠加态形式同时存储于n个量子位中，也就是说，理论上量子计算机有更大的存储能力，即n个量子位本质上能张成一个2^n维的希尔伯特空间。一般来说，编码2^n个态单元也很容易，只需要从00...00开始，通过Hadamard变换就很容易变成2^n个态单元等几率线性叠加的态。而作用在量子位上的任何运算（量子力学中的幺正变换）都可同时作用于这2^n个态单元，这就是所谓的量子并行性，一次计算在理论上等同于经典计算机2^n次计算，这也是很多人相信量子计算机在计算能力比经典计算机有本质的提高的原因！量子相干性和并行性，是量子计算机“快速”运算的法宝，然而这也是它的弱点来源之一。

弱点之一：量子退相干，这是一个致命的困难。量子计算机的“超级”存储和计算能力，本质上都来源于量子相干性导致n个量子位可以张成2^n维的“计算用”的希尔伯特空间，没有量子相干性，一切都是空话，而实际上因为和环境的耦合作用，甚至在量子测量过程中，都会导致极其严重的量子退相干，而且量子位彻底退相干的时间非常短，这一切都使得量子计算不可能完成，除非能找到能长久（至少以年计）保持相干的量子位，而实际的量子退相干时间差不多得以微秒为单位。中科大杜江峰研究了动力学解耦方法保持单个量子位信息的能力，发表了一篇Nature，但对大型计算来说量子位必然很多，他们组后来通过对硅基半导体材料进行动力学解耦，也仅仅对双量子位体系把退相干时间从0.4微秒提高到30微秒（发表了一篇PRL），尽管意义重大，但对长久进行稳定量子计算来说还是微不足道的。说到这里不得不提起另一位几乎和霍金齐名的大物理学家Roger Penrose，早年湖南科技出版社出版的第一推动力丛书中除了有霍金的《时间简史》，也有他的《宇宙、量子和人脑》，他认为意识是大脑神经细胞所的进行的量子计算！然后2002年一篇PRE论文指出，量子退相干时间远远短于人脑神经元反应时间，这说明人脑根本不是一部量子计算机！

ffppmm

一直不懂，如果真的计算速度非常非常快，那么必然需要大量的能量，这些能量从何而来？
包括量子通信，也是 ...
pgds 发表于 2011-9-23 23:22

我这个学文科的，看到争论，跑到百度上看了一篇科普介绍文章，也就了解一点皮毛知识，但是也立刻知道量子通讯不靠物质介质来传输信息。你搞到现在还问这个问题。
我个人认为，量子通讯最终应该可以实现，但是要很久之后。它是人类探索的一个方向，不是巫术。
不过今天搞的那些量子通讯网，我是打死也不信的。

166111

本帖最后由 166111 于 2011-9-23 16:30 编辑

退相干导致的一个严重结果就是量子计算机的可放大性（scalability）和可靠性（reliability）。一部要想投入实际使用的量子计算机，至少需要几百个量子位，倒是退相干导致要做到这一点基本没有可能，经典计算机完全不存在这种问题，它们有很好的可放大性。另一个就是可靠性，退相干导致量子编码会随时出错，像Shor的大数分解本来就是有一定几率出错的概率算法，再来个退相干，那还怎么算？于是各种各样的纠错量子编码方案又出来了，比如Shor就给出过一种纠错用的冗余量子编码，当然，这些仍然只有纸上谈兵的意义，因为量子退相干的时间是如此之短！再后来，容错量子计算技术（fault-tolerant quantum computing.）又开始发展了，但想突破量子退相干导致的瓶颈是不可能的。大概在2005年左右，得益于拓扑量子材料的发展，一种被认为具有革命性意义的新的量子计算模型—拓扑量子计算被提出来，这个方案利用特殊物理系统的整体性质，即不受小扰动影响的整体拓扑量子性质来构造量子计算机，从而可以实现容错的量子计算，本质上是找到具有拓扑不变性的物理系统来作为量子位，来做到抗干扰。目前候选物理系统有两个，一个是和量子霍尔效应密切相关的非阿贝尔任意子（Anyon）系统，即所谓的拓扑量子计算；另一种是基于波函数的几何相位，又称作几何量子计算。这样量子计算收到物理体系的整体拓扑性质保护来防止退相干。这种体系确实做到了远胜于以前的长时间相干性，但仍然受到可放大性的困扰，事实上有人也提出过这样的问题：难道我们真的就可以通过操控几百个相干的粒子就可以轻易实现任何大规模计算？

166111

要想避免退相干也有个办法，那就是干脆别用量子纠缠态搞量子计算，比如美国MIT的Seth Lloyd在2000年提出的用粒子波动性产生的相干效应代替量子纠缠态来进行量子计算，但这样做的后果是所需要耗费的物质资源将成几何级数增长，而目前量子计算机的物理实现都是小规模的，想要做超大型的量子计算机，基本上想也不用想。

弱点之二：如何读出结果？甚至简单一点，如何读取数据？这种操作在经典计算机中非常简单，但是在量子计算机中，就颠倒过来了。量子计算机的读取操作就是测量，而测量本身是不可逆的投影过程，一旦测量，信息必然大量丢失，所以基本不到最后一步是不会测量的。同时量子态的不可克隆定理也使得在量子计算机中进行起码的简单的copy操作也困难重重，这就对重要数据的备份造成很大困难，特别是在进行量子计算中，中间结果在进行最后读取测量操作之前是不能用经典位进行暂存的，唯一的办法是增加量子位的个数，这又带来可放大性和退相干的问题。另外一个麻烦的事情是，如何读出最终结果。前面已经讲了，量子计算机之所以快，无非是利用量子纠缠导致的量子并行性，2^n个输入数据可以一次性计算完成，但问题是，这2^n个结果以等几率幅叠加态的形式存储在量子计算机中，而量子计算机不能进行普通的读取，任何一次测量都会彻底破坏最终的存储态，很可能你读到的不是想要的结果，但读取测量已经破坏了原有的存储结果，无法进行第二次读取了，怎么办？一个可行的办法是通过Grover搜索算法，讲我们想要的那个结果所在的态元的几率增大，变成接近于1的数字，然后再进行最后测量，就可以得到我们想要的结果了。但是，如前所述，Grover搜索并非一个多项式量子算法，仅仅是对经典算法的二次加速，一旦用上Grover搜索，就意味着量子计算机的计算能力相对经典计算机并没有本质的提高。这样，量子相干性、叠加态和量子并行性这些原本给量子计算机带来巨大优点的性质，也成了制约量子计算机性能的问题所在，真是成也萧何败也萧何！

166111

还有个可能不算弱点的弱点，那就是量子计算机的计算能力相对于经典计算机是否有本质的超越？换句话说NP问题是否都有多项式量子算法。世界七大数学难题里有一个便是，经典计算理论中的P问题 vs NP问题，一旦有人证明P=NP，那量子计算机就完全没必要搞了，因为经典计算机自己就能对付NP问题了，只不过人们之前一直没有找到方法罢了。如果P！=NP，那么量子计算还有活路。量子计算机的计算能力到底如何，就得有个数学基础上的论证，这样原有的基于经典图灵机的计算理论就不再适用，必须建立起与量子计算机相匹配的计算理论，这一点清华应明生以及孙晓明做得很好，我修改引用自己以前写过的一些东西：早先Deutsch提出的量子图灵机虽然有重要意义，但是很粗糙，并不适合用于建立计算理论。后来很多物理学家都试图完善量子图灵机的定义，不过我个人认为似乎都有个缺陷，就是他们都是在原来的图灵机模型上作简单的修补，仅仅是把量子力学的态的性质传递给图灵机，这样虽然直观，但在这样的模型上进行文法、算法的研究基本是不可能的。另外就是引入量子自动机模型，这些Moore、Gudder等人都做过，应明生老师在国际上率先独创性提出基于量子逻辑也就是完备正交模格值（而不是传统的布尔代数）的自动机理论，并和弟子们在文法理论中作了一系列漂亮的工作，这些都是很有启发性的，毕竟量子计算机带来了给出NP完全问题的多项式算法的可能性。当然，如果量子计算机最终不能被实现，这些理论结果页就只有纯学术的意义了。这里再说个关于量子逻辑的八卦，量子逻辑貌似命里注定要和量子计算机发生点关系，最先是大科学家冯诺依曼为了讨论量子力学的非定域性，或者准确地说是贝尔不等式，同时也是在研究量子力学的代数化方法的基础上提出和发展了量子逻辑。到了上个世纪七八十年代，量子逻辑的发展到了巅峰然后很快衰落下去，然后2000年左右应明生建立了基于量子逻辑的图灵机理论来做本身和量子力学非定域性密切相关的量子计算研究。

由于量子计算机以上的种种弱点，在量子计算机的物理实现上，科学家们不得不想了无穷种办法，光我知道的量子计算有核磁共振量子计算机、离子阱量子计算机、光量子计算机、谐振腔量子动力学量子计算机、固态量子计算机和量子点量子计算机，甚至还有台湾出身的物理新星金振（Google创始人在斯坦福的室友）准备用超冷原子气体实施量子计算，然后因为上面的种种弱点，能实现的寥寥无几。2001年，斯坦福的华人Issac Chuang（现为麻省理工学院教授）实现了用7量子位核磁共振量子计算机使用Shor算法进行15=3*5的因数分解实验（发表一篇Nature），不过核磁共振量子计算是否是真正意义上的量子计算在学术界还有一番争议。大概6年后，科大潘建伟等在光量子计算机上实现了同样的算法（发表一篇PRL），从这个结果也可以看到用光子纠缠实现量子计算的难度之大（有人声称证明了基于光子纠缠的量子计算机根本没有可放大性），所以潘建伟等人还是把主要精力放在量子通信。

166111

由于量子计算机以上的种种弱点，在量子计算机的物理实现上，科学家们不得不想了无穷种办法，光我知道的量子计算有核磁共振量子计算机、离子阱量子计算机、光量子计算机、谐振腔量子动力学量子计算机、固态量子计算机和量子点量子计算机，甚至还有台湾出身的物理新星金振（Google创始人在斯坦福的室友）准备用超冷原子气体实施量子计算，然后因为上面的种种弱点，能实现的寥寥无几。2001年，斯坦福的华人Issac Chuang（现为麻省理工学院教授）实现了用7量子位核磁共振量子计算机使用Shor算法进行15=3*5的因数分解实验（发表一篇Nature），不过核磁共振量子计算是否是真正意义上的量子计算在学术界还有一番争议。大概6年后，科大潘建伟等在光量子计算机上实现了同样的算法（发表一篇PRL），从这个结果也可以看到用光子纠缠实现量子计算的难度之大（有人声称证明了基于光子纠缠的量子计算机根本没有可放大性），所以潘建伟等人还是把主要精力放在量子通信。

美国军方在上世纪末乃至本世纪初对量子计算机曾寄予厚望，但随着问题越来越多，估计现在也是兴趣缺缺，美国很多名校因此对量子计算机的投入也并不是很多，前面所说的华人明星Issac Chuang现在也开始从事超冷原子体系的研究，尽管并未放弃量子信息。

再回到量子通信，量子通信和量子计算一样，有严重的可放大性问题。NMR量子计算机能很早做到7个量子位，而潘建伟组在实现三光子、四光子乃至2004年实现五光子纠缠，都能成为名噪一时的成就，甚至入选年度物理学进展。所以可以想见，用量子通信传送复杂长消息，那是多么困难。所以量子通信对有严格保密要求的军事通信才有必要的意义，而且仅仅只是传送密钥，而不是进行普通信息的传递，因为量子通信根本不能进行所谓超光速、超大容量的信息传送，量子通信的唯一优点是保密！何况这样的量子通信目前还有很大的出错率，可靠性还是个问题。因此，个人认为，科大郭光灿等人在芜湖等地建立量子政务网并没有太大的实际意义，因为地方政府根本没有多少机密信息值得进行很小容量的量子密钥分配传送。当然，量子通信还是可能有军事上的意义的，只是相对于经典通信，这个意义也有限，因为经典密码至少在目前来看还是足够安全的。

当然，量子计算机至少在可预测的将来无法代替经典计算机；而量子通信在保密性一般的信息传递上，则根本没有代替经典通信的必要。量子计算机和量子通信这些缺点，在媒体报导的时候，甚至很多国内外科学家们向媒体宣传的时候，是绝对不会去提的，他们会过于强调量子计算机的优点，给公众画个大饼，当然也出于可以理解的申请经费的私心。那么进行量子信息的研究有无必要，这个当然很有必要，即使不能实现，投入商业运营，也有足够的必要进行前瞻性研究。特别是量子信息本身和量子力学的基本问题密切相关，也很有学术性的研究意义。值得指出的是奥地利Zeilinger等人对于量子力学基本问题的某些哲学信仰也并非没有人提出商榷（如康奈尔的David N. Mermin），Zeilinger深信量子纠缠来源于“超距作用”，甚至从他的学生潘建伟接受媒体的访谈中也可看到这个影子，然而在量子力学的理论框架中，EPR纠缠根本不需要超距作用的概念，而量子力学本身所能研究的相互作用，无一不是定域性的（见薛定谔方程）。量子力学的非定域性，也只是涉及到基本假设的理解上的，属于哲学范畴的，与技术层面并无关系。所以，最终个人的评价是，对于量子信息，确实现在已经取得了学术性上的很多成就，但是这些成就，远不像国内媒体宣传的那么大，至于诺奖之类的说法，在可预见的将来没有可能的，即使有，也是Zeilinger、Bennett等人的事情，除非中国科学家们能做出其他有突破意义的研究。

USeen

隔行如隔山啊，不过还是要顶一个！

166111

呃，写得太累了，小小的review了一下量子信息。版主是否给个精呢

shinson

从外行的角度来看,量子信息这东西作为一个科学研究,这无可厚非,科学研究本身就是对未知世界的探索.就算碰壁很正常.
不理解的是某些学校的fans的行为,吹得太过分了,这个世界真的太疯狂了.
一般而言,量子信息的实用化必然要求高精密的机械控制,如果欧美国家不专心搞这方面的技术,中国应该没有这个能力.

besthread

难得的好帖，搂主辛苦了。

besthread

本帖最后由 besthread 于 2011-9-23 19:33 编辑

看到一条最新信息：

http://www.natureasia.com/ch/nat ... 5033&issue=7365

Nature vol.477 (7365), (22 Sep 2011)


单个电子的分离和检测

电子与其他的电子和它们的环境强烈互动，使得以一种在量子光学实验中分离和检测单个光子相似的方法来分离和检测单个运动中的电子极为困难。但是现在，在两篇彼此之间没有联系的研究报告中，Hermelin等人和McNeil等人演示，从一个量子点发射一个电子、在向另一个量子点长寿命地传播几微米的距离后再以高效率检测它是有可能做到的。这一单个电子被与其他的电子分离开了，因为它被发送进了一个一维通道中，在那里它被携载在由微波激发诱导产生的一个表面声波之上。McNeil等人还发现，同一电子可以被前后传输多达60次，总距离为0.25毫米。这项工作演示了在纳米结构中长距离输送单个量子粒子的一个新方法，并且可能为一系列量子光学实验和基于单个电子的量子信息回路铺平道路。


“Electrons surfing on a sound wave as a platform for quantum optics with flying electrons”

Sylvain Hermelin, Shintaro Takada, Michihisa Yamamoto, Seigo Tarucha, Andreas D. Wieck, Laurent Saminadayar, Christopher Bäuerle and Tristan Meunier

http://www.nature.com/nature/jou ... 16.html#/affil-auth

主要作者为法日德国学者。其中，Seigo Tarucha为日本东京大学工学部教授，Michihisa Yamamoto现为东大助教。

大眼法师

本帖最后由 大眼法师 于 2011-9-24 10:24 编辑

目前活跃的量子理论确实大多数是和实验相关的，

有开发新的模型的理论，

比如腔与冷原子、核自旋、超导约瑟芬结联合后各种新能级的开发使用；

有描述实验载体演化的理论，

如何突破目前瓶颈（曾经火过的各种方案现在都有瓶颈，现在正火的方案将来也会有瓶颈）的理论，

。。。。

总之，就是理论框架都摆好了，

围着实验转，

可实验还是跟不上，

很有可能就是实现不了，

个人局限，回答肯定是不够完善的。

再造盛唐

我坦白，我不懂，不过作为一个理科的
大概能看明白楼说科普的东西

大眼法师

本帖最后由 大眼法师 于 2011-9-24 11:55 编辑

潘建伟实验室的研究，

更偏于欧式化，

具体到各个研究分支还挺多的。

besthread

回复 23# besthread

最近的实验结果让人有点惊讶！

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研究人员发现比光速快中微子 或颠覆相对论(图) 来源：新京报
2011年09月24日04:07

 

 

 

欧洲核子研究中心外景。

 

超光速中微子“现身” 爱因斯坦错了？
欧洲研究人员发现比光速快60纳秒的中微子，一旦被证实，将颠覆支撑现代物理学的相对论
欧洲核子研究中心23日宣布，他们发现一些粒子可能以快于光速的速度飞行，一旦这一发现被验证为真，将颠覆支撑现代物理学的爱因斯坦相对论。

相对论称光速最快

当天，欧洲核子研究中心公布了一份研究结果，科研人员在让中微子进行近光速运动时，其到达时间比预计的早了60纳秒（1纳秒等于十亿分之一秒），对此，研究者认为，这可能意味着这些中微子是以比光速快60纳秒的速度运行。

根据爱因斯坦狭义相对论，光速是宇宙速度的极限，没有任何物质可以超越光速。如果此次研究结果被验证为真，意味着奠定了现代物理学的基础将遭到严重挑战。

此次研究的中微子束源自位于日内瓦的欧洲核子研究中心，接收方则是意大利罗马附近的意大利国立核物理研究所。粒子束的发射方和接收方之间有着730公里的距离，研究者让粒子束以近光速运行，并通过其最后运行的时间和距离来判断中微子的速度。中微子束在两地之间的地下管道中穿梭。

被观测到1.6万次

“这个结果十分令人震惊，”该研究项目发言人艾瑞迪塔托说，“我们在好几个月中反复研究核对，并仔细考虑了实验中其他各种因素的影响。”艾瑞迪塔托说，科研人员反复观测到这个现象达1.6万次。

“这是很令人感兴趣的结果，但它科学上的准确性，还要更多的实验才能来验证。”中科院高能物理研究所所长陈和生对本报记者说。他表示，目前物理学界也出现了一些对该实验结果的不同意见，一是怀疑粒子束飞行距离的准确性，二是粒子束本身长度的准确性。

此次实验的研究者之一奥迪瑞说，“尽管我们测量的系统不确定性很低，统计数据准确性也很高，但我们还是希望能与其他实验做对比。”

根据研究者的声明，中微子束的发射地到接收地之间的距离，存在着20厘米的不确定性。对中微子束飞行时间通过高级GPS系统和原子钟等精密设备测量，精确度小于10纳秒级别。

新发现潜在影响巨大

欧洲核子研究中心在一份声明中表示，这个结果的潜在影响巨大，急需其他实验的独立测量进行重复实验，接受更广泛、更严谨的考验，这才能最终验证或反驳是否真的存在超光速粒子。目前，研究中心已将此实验论文上传到公开网站上，并对全球物理学界进行在线说明。

“（研究）对科学产生的潜在影响实在太大了，我们无法立刻就给出结论，或做出物理解释。我的第一反应是，中微子实在太神秘，让我们惊喜。”艾瑞迪塔托说。本报记者 金煜

影响

新发现或改变人类宇宙观

欧洲核子研究中心研究主任贝托鲁奇说，如果这个研究被验证，将改变人类的物理观。

物理学家们认为，一旦这些粒子确实被证实跑过了光速，将彻底改变人类对整个宇宙存在的看法，甚至改变人类存在的模式。有分析人士认为，可能宇宙中的确还存在其他未知维度，中微子抄了其他维度的“近路”，才“跑”得比光快。

中科院高能物理研究所所长陈和生说，希望研究方能够提供更多实验细节，也希望能看到其他的重复实验，“现在说爱因斯坦相对论受到挑战还太早。”本报记者 金煜

名词

中微子：宇宙隐身人

中微子是轻子的一种，是组成自然界的最基本的粒子之一，中微子质量非常轻，小于电子的百万分之一。

中微子具有最强的穿透力。穿越地球直径那么厚的物质，在100亿个中微子中只有一个会与物质发生反应，因此，中微子也被称为宇宙间的“隐身人”。中微子在发射后不断衰变，质量变得非常小，它是唯一在理论上可以以光速运行的粒子。

在电影《2012》中，中微子正是主角之一。在电影中，太阳活动突然加剧，释放出大量中微子。中微子穿过地表，和地核发生反应，并将后者加热并熔化。带来剧烈地震和火山爆发，最终引发超级大海啸。（金煜）

重大专项

这才是真正的专家写的，比论坛新犬之流不负责任的瞎吹要强太多了。一个根本还没有实际用途的东西，某些科蜜非吹成什么顶尖工学成果，真笑掉人的大牙了，10年过去了，多少个亿投进去了，产出的不过是个别论文博洋人一笑而已。

路过此地

好文，赞

希望网友们以后多写些这样的帖子，这样来自不同领域的同学就可以对他们不熟悉的东西有一个了解，而不是闷着头地恶战，打到最后都不明白之间对骂的东西是什么。

楼主加油，接着写，再写点儿你自己对这个方向的展望，反正也不是学术论文，放开写吧。

postman11

回复 29# 路过此地

非常好的文章，网上就需要这种对当前热门的科学问题，发表有自己见解的综述性文章。当然也不能苛求大家都来写这样的高质量文章。没有深厚的功力，和对问题的敏感及长期的关注，不可能抓住问题的关键，作出令人信服的判断。这种求实的精神令人佩服，谢谢楼主。