量子

量子网络(量子网络的原理)

量子网络的理论依据

量子纠缠(定义)

特点

量子网络面临的问题

量子

量子一词来自拉丁语（quantus），意为“多少”，代表“相当数量的某事”。在物理学中常用到量子的概念，量子是一个不可分割的基本个体。例如，一个“光的量子”是光的单位。而量子力学、量子光学等等更成为不同的专业研究领域。

其基本概念是所有的有形性质也许是“可量子化的”。“量子化” 指其物理量的数值会是一些特定的数值，而不是任意值。例如， 在（休息状态）的原子中，电子的能量是可量子化的。这能决定原子的稳定和一般问题。

在20世纪的前半期，出现了新的概念。许多物理学家将量子力学视为了解和描述自然的的基本理论。

量子网络

量子网络是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。当某个装置处理和计算的是量子信息，运行的是量子算法时，它就是量子网络。量子网络的概念源于对可逆计算机的研究。研究可逆计算机的目的是为了解决计算机中的能耗问题。

量子网络的原理

将一个粒子的量子信息发向远处的另一个纠缠粒子，该粒子在接收到这些信息后，会成为原粒子的复制品。一个粒子可以传递有限的信息，而亿万个粒子联手，就形成量子网络。

量子网络的理论依据

量子理论研究者很早就发现了开启量子通讯的钥匙——量子纠缠。量子纠缠描述了这样一个现象：两个微观粒子位于宇宙空间中的两边，无论相隔多远，只要这两个粒子彼此处于量子纠缠，则通过改变一个粒子量子纠缠的量子状态，就可以使非常遥远的另一个粒子状态也发生改变，信号超越了时空的阻隔，直接送达了另一个粒子那里。

这种神奇的现象和我们生活中所说的“心灵感应”很类似，两个相距遥远的人不约而同地想去做同一件事，好像有一根无形的线绳牵着两个人。 这种理论上的超过通讯方式激起了量子科学家们的雄心壮志，他们试图建立起比现在的互联网快千万倍的量子网络。

量子纠缠

量子纠缠 具有量子纠缠现象的成员系统们，在此拿两颗以相反方向、同样速率等速运动之电子为例，即使一颗行至太阳边，一颗行至冥王星，如此遥远的距离下，它们仍保有特别的关联性（correlation）；亦即当其中一颗被操作（例如量子测量）而状态发生变化，另一颗也会即刻发生相应的状态变化。如此现象导致了“鬼魅似的远距作用”（spooky action-at-a-distance）之猜疑，仿佛两颗电子拥有超光速的秘密通信一般，似与狭义相对论中所谓的局域性（locality）相违背。这也是当初阿尔伯特爱因斯坦与同僚玻理斯波多斯基、纳森罗森于1935年提出以其姓氏字首为名的爱波罗悖论（EPR paradox）来质疑量子力学完备性之缘由

定义

1935年,爱因斯坦、波多尔斯基和罗森( Einstein Podolsky and Rosen) 等人提出一种波,其量子态：

其中x1 ，x2分别代表了两个粒子的坐标，这样一个量子态的基本特征是在任何表象下，它都不可以写成两个子系统的量子态的直积的形式：

这样的量子态称为纠缠态。

特点

量子纠缠并非信息传递，事实上信息不可能从一个粒子传到另一个粒子。即使用光速将它们分开，信息也不可能在你测量时从一个地方传到另一个地方。

量子力学是非定域的理论，这一点已被违背贝尔不等式的实验结果所证实，因此，量子力学展现出许多反直观的效应。量子力学中不能表示成直积形式的态称为纠缠态。纠缠态之间的关联不能被经典地解释。所谓量子纠缠指的是两个或多个量子系统之间存在非定域、非经典的强关联。量子纠缠涉及实在性、定域性、隐变量以及测量理论等量子力学的基本问题，并在量子计算和量子通信的研究中起着重要的作用。

多体系的量子态的最普遍形式是纠缠态，而能表示成直积形式的非纠缠态只是一种很特殊的量子态。历史上，纠缠态的概念最早出现在1935年薛定谔关于“猫态”的论文中。纠缠态对于了解量子力学的基本概念具有重要意义，近年来已在一些前沿领域中得到应用，特别是在量子信息方面。例如，量子远程通信。

量子网络面临的问题

量子粒子是脆弱，一点风吹草动就会让它丢失信息。例如，只要我们看一眼量子态的粒子（当然，它们太小了，我们的眼睛的分辨率达不到分辨它的水平，不过我们眼睛发送的光子却可以到达那里），它的状态就有可能被破坏了。所以，长期以来，量子网络只被当作科学幻想来看待。

迄今为止，世界上还没有真正意义上的量子网络。但是，世界各地的许多实验室正在以巨大的热情追寻着这个梦想。如何实现量子计算，方案并不少，问题是在实验上实现对微观量子态的操纵确实太困难了。目前已经提出的方案主要利用了原子和光腔相互作用、冷阱束缚离子、电子或核自旋共振、量子点操纵、超导量子干涉等。现在还很难说哪一种方案更有前景，只是量子点方案和超导约瑟夫森结方案更适合集成化和小型化。将来也许现有的方案都派不上用场，最后脱颖而出的是一种全新的设计，而这种新设计又是以某种新材料为基础，就像半导体材料对于电子计算机一样。研究量子网络的目的不是要用它来取代现有的计算机。量子网络使计算的概念焕然一新，这是量子网络与其他计算机如光计算机和生物计算机等的不同之处。量子网络的作用远不止是解决一些经典计算机无法解决的问题。