量子科学简介

2024 年6月，为纪念量子力学发展百年，联合国大会宣布2025年为国际量子科技年（IYQ）。

国际量子科技年

看起来今年是量子技术会热起来的一年，但是大多数人，恐怕对于“量子”都是一头雾水的。

量子是什么？

那么“量子”是什么呢？它又能干什么呢？

量子本身并不是某种粒子，而是物理量的离散单位。比如说，光子是“光的量子”，电子可以是”电的量子“也可以表现量子行为。

量子科学是什么？

量子科学，是指研究量子力学领域内物质的物理性质、行为规律以及相关应用的一门综合性学科。它涵盖了量子力学的基本理论、量子现象的实验研究，以及在各个领域的应用探索。

底层的基础学科离开我们有点遥远，我们熟悉一点的量子技术有：量子计算、量子通信等。

量子计算是什么？

量子计算是一种遵循量子力学规律调控量子信息单元进行计算的模式，它具有经典计算机所没有的“并行”优势。首先，量子计算机可以表示的信息密度比经典计算机大：经典计算机一个信息单元就像一个开关，只能表示 0或者1；而量子计算机的信息单元是一个量子，它可以处于 0 和 1 的叠加态。例如，一个经典计算机的 2 位二进制数可以表示 00、01、10、11 这四个数中的一个，但一个量子计算机的 2 个量子比特可以同时表示这四个数的叠加状态。同样对两个信息单元进行一次操作，经典计算机只能对一个数进行操作，而量子计算机可以对四个数进行叠加操作，于是产生了量子叠加的并行优势。理论上，量子计算机相较于当前使用最强算法的经典计算机，在一些具体问题上，有更快的处理速度和更强的处理能力。

量子通信是什么？

量子通信利用量子叠加态或纠缠效应，在经典通信辅助下实现密钥分发或量子信息传输。量子通信的安全优势在于，按量子物理的特性，如果量子通信的信道被“监听”了，那么承载通讯信号的这些量子一定会改变状态，通信双方能立即发现信道被监听。这样的通信安全性，要比现有使用加密算法的传输方式更高。

量子科技带来的威胁

量子技术的快速发展，也给信息安全带来了不容忽视的威胁。现有的某些量子算法可以威胁现有互联网的基石——“非对称密码算法”。这个威胁有多严重呢？一旦通用量子计算机被制造出来，那我们每个人的App的口令可能被盗用，存在手机里、云端的信息可能被顺走，甚至的存款也会被偷走。由此，行业兴起了后量子密码算法的研究，这些算法可以抵御量子计算的攻击，部分机构已经开始使用后量子密码算法，来逐步取代现有的“非对称密码算法”。

结语

写了这么多，其实我对量子技术也是似懂非懂。
但我觉得，随着AI技术的发展，人类的量子物理、量子信息技术发展也许会大大加速，从而带来意想不到的新科技时代，拭目以待吧。