量子是構(gòu)成物質(zhì)的最基本單元，因?yàn)榫哂邢喔莎B加特點(diǎn)，可以形成量子糾纏，與相對論一起，帶來了第二次科學(xué)革命。
一旦確定了初始狀態(tài)，所有粒子未來的運(yùn)動狀態(tài)都是可以精確預(yù)言的，一切風(fēng)波都是在宇宙大爆燃時(shí)就早已確定好的嗎？
個(gè)人的努力還有意義嗎？但人其實(shí)是有自由意志的，即便是相信一切都是上天注定的人，在過馬路時(shí)也會左右看。
雖然對牛頓熱學(xué)十分滿意，對其中蘊(yùn)涵著的決定論，仍持有異議。上世紀(jì)初，歸功于普朗克、愛因斯坦、玻爾、海森堡等諸多杰出科學(xué)家的共同努力，又一扇科學(xué)之門徐徐打開。
人們不禁要問，究竟是哪些改變了牛頓熱學(xué)的基本觀念？那就是相對論，和量子熱學(xué)。
因?yàn)榱孔邮菢?gòu)成物質(zhì)的最基本單元，是能量的最基本攜帶者，不可分割，分子、原子、電子、光子等微觀粒子，都是量子的一種表現(xiàn)形態(tài)。
一個(gè)客體的狀態(tài)用0和1表示，如同最簡單的二補(bǔ)碼開和關(guān)，只能處于開或則隴右的某一個(gè)狀態(tài)，即要么是0要么是1。
好比一只貓，要么是生要么是死，不能同時(shí)又生又死，這一理論并不適用于量子世界。
在量子世界，一個(gè)氫原子的狀態(tài)，可以是迸發(fā)態(tài)和能級的相干疊加，可以0和1狀態(tài)同時(shí)共存。
量子相干疊加正是量子世界與精典世界的根本區(qū)別，由此有了量子熱學(xué)不確定原理，一個(gè)化學(xué)量的值并不能預(yù)先確定，而是依賴于采取何種檢測基。
對處于量子糾纏的兩個(gè)粒子，對其中一個(gè)粒子的檢測結(jié)果會頓時(shí)確定另一個(gè)粒子的狀態(tài)，不論它們相距多么遙遠(yuǎn)。
這就是量子糾纏，愛因斯坦稱這個(gè)現(xiàn)象為幽靈般的超距作用，一個(gè)代表團(tuán)從上海到慕尼黑去訪問量子通訊 優(yōu)點(diǎn)，假如在飛行途中睡著了，不曉得是途經(jīng)俄羅斯還是美國。
到上海時(shí)，她們會認(rèn)為又冷又熱，覺得似乎同時(shí)穿越了兩條路線。
但若果飛行途中仍然睜著眼睛去看，或則有儀器檢測，這么檢查到的狀態(tài)是客機(jī)只會處于一條航線上，代表團(tuán)前往南京時(shí)要么覺得冷，要么覺得熱。
疊加原理覺得，一個(gè)量子客體可以處于不確定的狀態(tài)，也就是說在檢測之前，連上帝都不曉得，觀測者的行為還可以影響體系的演進(jìn)。
這些顛覆性的認(rèn)知和相對論一起，帶來了第二次科學(xué)革命，從而催生了新的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型。
量子通訊安全速率快，借助量子相干疊加原理所形成的量子保密通訊，成功克服了精典加密技術(shù)的內(nèi)在安全隱患，可以從根本上解決信息安全傳輸問題。
從春秋時(shí)期的兵符到古埃及的加密棒，以及羅馬帝國凱撒大帝發(fā)明的字符聯(lián)通加密術(shù)，再到二戰(zhàn)時(shí)出現(xiàn)的復(fù)雜密碼……人類追求信息安全的步伐未曾停止。
1、為確保被授權(quán)的用戶身分不被泄露，可以用加密算法進(jìn)行身分認(rèn)證；
2、為保證傳輸過程中信息不被監(jiān)聽，可以進(jìn)行傳輸加密；
3、為保證傳輸內(nèi)容不被篡改量子通訊 優(yōu)點(diǎn)，可以用加密算法進(jìn)行數(shù)字認(rèn)證。
現(xiàn)今的信息安全是構(gòu)建在加密算法或則加密技術(shù)的基礎(chǔ)之上，精典加密算法依賴于估算的復(fù)雜度，若果估算能力足夠強(qiáng)悍，原則上就會被破解。
以人類的才智難以構(gòu)造人類自身不可破解的密碼，這是目前精典加密算法面臨的窘境，量子熱學(xué)的發(fā)展早已為解決這一問題做好了打算。
量子疊加的分身術(shù)，具有一個(gè)最為直接的應(yīng)用就是量子保密通訊，借助單光子來傳輸秘鑰。
假如有監(jiān)聽者想截取單光子，檢測其狀態(tài)并發(fā)送，這么，單光子都會從原有狀態(tài)“0+1”變成0或則1，通訊中都會引入擾動并會被使用者察覺。
精典光通訊中還有一種監(jiān)聽方式查獲一部份光，讓其余部份繼續(xù)傳送，僅對查獲到的部份進(jìn)行狀態(tài)檢測獲取秘鑰信息。
因?yàn)閱喂庾硬豢煞指睿O(jiān)聽者不可能就像在精典光通訊中那樣，把訊號分成一模一樣的兩半，監(jiān)聽也由此失敗。
量子通訊克服了精典加密技術(shù)內(nèi)在的安全隱患，由于其安全性不依賴于估算復(fù)雜度，這是原理上無條件安全的一種通訊方法，一旦存在監(jiān)聽必然被發(fā)覺。
單光子的不可分割性和量子態(tài)的不可復(fù)制性從原理上保證了信息的不可監(jiān)聽，再結(jié)合“一次一密”的加密方式，就可以實(shí)現(xiàn)信息的不可破解。
確保了身分認(rèn)證、傳輸加密以及數(shù)字認(rèn)證等技術(shù)手段的無條件安全，要在現(xiàn)實(shí)條件下實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的量子通訊，并非這么簡單。
量子訊號由于不能被復(fù)制，所以不能被放大，訊號會隨著傳輸距離的拉長，顯得越來越弱。
寬度為1200公里的商用光纖中，雖然有每秒百億發(fā)射率的理想單光子源和完美的偵測器，也須要數(shù)百萬年才會傳送一個(gè)量子比特。
這樣的傳輸速度似乎不易于遠(yuǎn)距離傳輸。如何辦？
一種是借助中繼器進(jìn)行分段傳輸，另一種是借助衛(wèi)星中轉(zhuǎn)進(jìn)行自由空間單光子傳輸，實(shí)現(xiàn)數(shù)千公里甚至是全球化的量子通訊。
2016年，隨著全球第一顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星墨子號發(fā)射成功，實(shí)現(xiàn)信息“絕對安全”的夢想又往前邁入了一步。
今年，千公里級量子秘鑰分發(fā)速度達(dá)到1kbps，比同距離光纖增強(qiáng)20個(gè)數(shù)目級。
如今，每秒鐘可以穩(wěn)定分發(fā)十萬個(gè)秘鑰甚至幾十萬個(gè)秘鑰。
以量子信息技術(shù)為代表的第二次量子革命，一定會帶來人類社會物質(zhì)文明的巨大進(jìn)步，大數(shù)據(jù)時(shí)代，人類對估算能力的需求與日俱增。
目前人類擁有的估算能力還相當(dāng)有限，集全世界估算能力的總和都未能在一年內(nèi)完成對280個(gè)數(shù)據(jù)的窮舉搜索。
與此同時(shí)，隨著晶體管的規(guī)格逐漸接近納米級，晶體管的電路原理將不再適用。通過超大規(guī)模處理器集成的超級計(jì)算機(jī)因?yàn)槊汉捏@人，也面臨著發(fā)展模式不可持續(xù)的困局。
以為例，下一盤棋類須要消耗10噸煤形成的電量。借助量子相干疊加原理，可以構(gòu)造具有強(qiáng)悍并行估算和模擬能力的量子計(jì)算機(jī)。
量子計(jì)算機(jī)的估算能力隨可操縱的粒子數(shù)呈指數(shù)下降，一臺操縱100個(gè)粒子的量子計(jì)算機(jī)，對特定問題的處理能力可達(dá)到目前全世界估算能力總和的100萬倍。
借助萬億次精典計(jì)算機(jī)分解三百位大數(shù)大概須要15萬年，這正是目前廣泛使用的RSA私鑰密碼體系安全性的基石。
現(xiàn)有估算能力難以在短時(shí)間內(nèi)破解密碼，借助同樣工作頻度的量子計(jì)算機(jī)則只要一秒鐘，一旦量子計(jì)算機(jī)研發(fā)成功，對現(xiàn)有密碼體系的沖擊將是崩潰性的。
量子熱學(xué)在提供了破解密碼最鋒利的矛的同時(shí)，也為我們提供了信息安全最牢靠的盾，量子通訊的安全性與估算能力無關(guān)。
雖然在量子計(jì)算機(jī)時(shí)代，照樣可以保障信息的無條件安全，量子計(jì)算機(jī)造下來還需時(shí)日。
量子估算可為人工智能、密碼剖析、氣象預(yù)報(bào)、石油鉆探、基因剖析、藥物設(shè)計(jì)等所需的大規(guī)模估算困局提供解決方案。
可闡明量子相變、高溫超導(dǎo)、量子霍爾效應(yīng)等復(fù)雜化學(xué)機(jī)制，借助高精度的量子信息處理技術(shù)，還可對時(shí)間、位置、重力等化學(xué)信息實(shí)現(xiàn)趕超精典技術(shù)極限的量子精密檢測。
大幅度提高衛(wèi)星導(dǎo)航、激光制導(dǎo)、水下定位、醫(yī)學(xué)檢查和引力波偵測等的確切性和精度。
借助目前最好的傳統(tǒng)自主導(dǎo)航技術(shù)，水下航行100天后，定位偏差達(dá)數(shù)十公里，須要定期下浮使用衛(wèi)星修正。
借助原子干涉重力儀等高精度量子自主導(dǎo)航系統(tǒng)，水下定位航行能力可急劇提高，不需衛(wèi)星修正就可實(shí)現(xiàn)常年自主導(dǎo)航。
量子是目前信息技術(shù)的最前沿，最熱門，最實(shí)用的研究領(lǐng)域，量子的作用重要用于量子計(jì)算機(jī)和量子通信這兩大藍(lán)籌股。
第一臺才能趕超一切的計(jì)算機(jī)量子計(jì)算機(jī)早已誕生，由中科大、中國科大學(xué)-阿里巴巴量子核算實(shí)驗(yàn)室、浙江學(xué)院、中科院化學(xué)所等單位或公司聯(lián)合研發(fā)。
研究人員借助自主發(fā)展的綜合性能國際最優(yōu)的量子點(diǎn)單光子源，通過電控可編程的光量子線路，建立了針對多光子玻色采樣任務(wù)的光量子估算截?fù)魴C(jī)。
這項(xiàng)產(chǎn)品在全球首次實(shí)現(xiàn)了10個(gè)超導(dǎo)量子比特的高精度操縱以及運(yùn)用，這數(shù)十倍乃至百倍的超級運(yùn)算功能，是軍工尖端技術(shù)的領(lǐng)域的重大突破。
光量子估算靶機(jī)由中國科學(xué)技術(shù)學(xué)院潘建偉團(tuán)隊(duì)打造，在“玻色采樣”速度方面比國際同行推動起碼24000倍。
和精典算法比較，也比人類第一臺電子管計(jì)算機(jī)和第一臺晶體管計(jì)算機(jī)運(yùn)行速率快10—100倍，是歷史上第一臺趕超初期精典計(jì)算機(jī)的基于單光子的量子模擬機(jī)。
量子計(jì)算機(jī)可以拿來解決密碼破譯、大數(shù)據(jù)剖析等問題。
實(shí)現(xiàn)趕超精典估算能力的量子估算被國際學(xué)術(shù)界稱為量子稱雄，而這臺模擬機(jī)的出現(xiàn)也為實(shí)現(xiàn)量子問鼎奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
這臺量子計(jì)算機(jī)采用了中級的技術(shù)防御技術(shù)，在運(yùn)算速率的登峰造極之下，技術(shù)也是不可攻破的。