２０１３年第１５期总第１３５期 Ｓ－Ｌ－Ｃ０Ｎ ＶＡＬＬＥＹ 量子物理学基本原理在现代信息技术中的 基础地位 蔡慧敏 （海南职业技术学院，海南海口５７０２１６） 摘 要 量子物理是现代物理学中重要的基础理论，也是现代信息技术诞生与发展的源泉，现代信息技术是量子物理 理论的技术应用。随着现代科学技术的飞速发展，量子物理学的先导和基础作用将更加显著和重要。 关键词量子物理；现代信息技术；关系；原理应用 中图分类号：Ｏ４ｌ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１－７５９７（２０１ ３）１５－０００１—０２ 量子物理是人们认识微观世界结构和运动规律的科学，它 象、经验事实，而且还开拓了一系列新的技术领域，直接导致 的建立带来了一系列重大的技术应用，使社会生产和生活发生 了原子能、半导体、超导、激光、计算机、光通讯等一系列高 了巨大的变革。量子世界的奇妙特性在提高运算速度、确保信 新技术产业的产生和发展。可以说，从电话的发明到互联网络 息安全、增大信息容量等方面发挥重要的作用，基于量子物理 的实时通信，从晶体管的发明到高速计算机技术的成熟，量子 基本原理的量子信息技术已成为当前各国研究与发展的重要科 物理开辟了一种全新的信息技术，使人类进人信息化的新时代， 学技术领域。 因此，量子物理学是现代信息技术发展的主要源泉，而且随着 随着世界电子信息技术的迅猛发展，以微电子技术为基础 现代科学技术的飞速发展，量子物理学的先导和基础作用将更 的信息技术即将达到物理极限，同时信息安全、隐私问题等越 加显著和重要。 来越突出。２０１３年５月美国“棱镜门”事件的爆发，引发了对 ２．２量子物理为现代信息技术的持续发展提供新的原理和方法 保护信息安全的高度重视，将成为推动量子物理科学与现代信 息技术的交融和相互促进发展的契机。因此，充分认识量子物 现代信息技术本质上是应用了量子力学基本原理的经典调 理学的基本原理在现代信息技术中发展的基础地位与作用，是 控技术，随着世界科学技术的迅猛发展，以经典物理学为基础 促进现代信息技术发展的前提，也是丰富和发展量子物理学的 的信息技术即将达到物理极限。因此，现代信息技术的突破， 需要。 实现可持续发展必须借助于新的原理和新的方法。量子力学作 为原子层次的动力学理论，经过飞速发展，已向其他自然科学 １量子物理基本原理 的各学科领域以及高新技术全面地延伸，量子信息技术就是量 １）海森堡测不准原理。在量子力学中，任何两组不可同时 子物理学与信息科学相结合产生的新兴学科，它为信息科学技 测量的物理量是共扼的，满足互补性。在进行测量时，对其中 术的持续发展提供了新的原理和方法，使信息技术获得了活力 一组量的精确测量必然导致另一组量的完全不确定，只能精确 与新特性，量子信息技术也成为当今世界各国研究发展的热点 测定两者之一。 领域。因此，未来的信息技术将是应用到诸如量子态、相位、 ２）量子不可克隆定理。在量子力学中，不能实现对各未知 强关联等深层次量子特性的量子调控技术，充分利用量子物理 量子态的精确复制，因为要复制单个量子就只能先作测量，而 的新性质开发新的信息功能，突破现代信息技术的物理极限。 测量必然改变量子的状态，无法获得与初始量子态完全相同的 ２．３现代信息技术对量子物理学发展的影响 复制态。 ３）态叠加原理。若量子力学系统可能处于和描述的态中， 量子信息技术应用量子力学原理和方法来研究信息科学， 那么态中的线性叠加态也是系统的一个可能态。如果一个量子 从而开发出现经典信息无法做到的新信息功能，反过来，现代 事件能够用两个或更多可分离的方式来实现，那么系统的态就 信息技术的发展大大地丰富了量子物理学的研究内容，也将不 是每一可能方式的同时迭加。 断地影响量子物理学的研究方法，有力地将量子理论推向更深 ４）量子纠缠原理。是指微观世界里，有共同来源的两个微 层次的发展阶段，使人类对自然界的认识更深刻、更本质。近 观粒子之间存在着纠缠关系，不管它们距离多远，只要一个粒 年来，随着量子信息技术领域研究的不断深入，量子信息技术 子状态发生变化，另一个粒子状态随即发生相应变化。换言之， 的发展也使量子物理学研究取得了不少成果，如量子关联、基 存在纠缠关系的粒子无论何时何地，都能“感应”对方状态的 于熵的不确定关系、量子开放系统环境的控制等问题研究取得 变化。 了巨大进展。 ２量子物理与现代信息技术的关系 ３基于量子物理学原理的量子信息技术 基于量子物理原理和方法的量子信息技术成为２１世纪信息 ２．１量子物理是现代信息技术的基础与先导 技术发展的方向，也是引领未来科技发展的重要领域。当前量 物理学一直是整个科学技术领域中的带头学科并成为整个 子物理学的基本原理已经在量子密码术、量子通信、量子计算 自然科学的基础，成为推动整个科学技术发展的最主要的动力 机等方面得到充分的理论论证和一定的实践应用。 和源泉。量子力学是２０世纪初期为了解决物理上的一些疑难问 ３．１量子计算机——量子叠加原理 题而建立起来的一种理论，它不仅解释了微观世界里的许多现 经典计算机建立在经典物理学基础上，遵循普通物理学电 Ｔ高新技术产业发展 ■ＥＣＨＮＯＬ０６Ｙ ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ 仅运算速度快，存储量大、功耗低，而且体积会大大缩小。 量子物理是现代信息技术诞生的基础，是现代信息技术突 ３．２量子通信——量子纠缠原理 破物理极限，实现持续发展的动力与源泉。基于量子物理学的 性与非定域性可以保障量子通信中的绝对安全的量子通信，保 参考文献 量茔术 堡曼 隐 有 烹 曼置 。麓 ， 翌 ： …陈枫．：：量子通信：划时代的崭新技术…．解放军报，２０１１． 远距离传输等特点，量子通信创建了新的通信原理和 题 Ｌｚ，； 莩 “ ＾‘ ． 一 一；科 ～ｏ年专 。 、， ２ ０ ） ． 乃法。 ［３】李应真，吴斌．物理学是当代高新技术的主要源泉【Ｊ】．学术 经典密码是以数学为基础，通过经典信号实现，在密钥传 ［４］董新平，杨纲．量子信息原理及其进展［Ｊ］．许昌学院学报， 量子密码是一种以现代密码学和量子力学为基础，利用量子物 ｃ５】周正威，陈巍，孙方稳，项国勇，李传锋．量子信息技术纵 理学方法实现密码思想和操作的新型密码体制，通过量子信号 览…・中国科学，２０１２（１７）・ 实现。量子密码主要基于量子物理中的测不准原理、量子不可 ［６】郭光灿・量子信息技术［Ｊ］．中国科学院院刊，２００２（５）． 克隆定理等，通信双方在进行保密通信之前，首先使用量子光源， ］朱焕东、黄春晖・量子密码技术及其应用［Ｊ］・国外电子测量 ．建立起来的密钥对明文进行加密，通过公开的量子信道，完成 作者简介 ｛｛（上接第３页）ｆ｛ ｛｛（上接第４页）” 身生产和管理行为的同时更好的服务于客户，因此智能化的电 参考文献 力营销和配网管理系统的应用应该引起企业的重视。 ［１］宋宪夫．无线电信号监测若干关键问题研究与实现【Ｄ］．大连 【３】王红华，余亚军，罗涛，等．拖曳天线用于无线电导航定位 ［１】苏毅明．智能化电力营销与配网管理系统的研究…．陕西电 新民・一款手持无线电侦测零距离定位仪简介［Ｊ］・中国科 力，２００９，１２（２５）． 技财富，２０１２（６）：１ ７４・ 力需求侧管理，： 能电网 信息革命和新能源革命的整合［２００９ ２（）． Ｊ】．电 作者简介［３］胥威汀，刘俊勇，刘友波，等．智能营销研究概述（一）——国 伏君剑（１９９０一），男，６ ３６８０部队测量船四大队，研究方