量子计算基于量子叠加和量子纠缠等量子力学原理,利用量子比特(qubit)并行计算大量信息;量子通信则遵循量子力学原理保护通信安全,利用量子叠加和量子纠缠等现象确保信息在传输过程中的安全性和不可窃听性。
1. 量子计算的5项基本原则
量子计算的原理可以总结为以下5个关键方面:
量子比特(Qubit) :量子计算机使用量子比特作为信息的基本单位,量子比特不仅可以表示0或1,还可以同时表示0和1的叠加态。
量子叠加(Quantum Superposition) :量子比特可以处于多种状态的叠加态,这意味着一个量子比特可以同时代表多个经典比特的值。例如,一个三比特的量子系统可以同时表示2^3=8 个不同的状态。
量子纠缠(Quantum Entanglement) :两个或多个量子比特之间可以发生纠缠。纠缠粒子之间相互关联,即使相隔很远,测量其中一个粒子的状态也会瞬间影响其他粒子的状态,这种关联性在量子计算中用于协同工作。
量子干涉(Quantum Interference) :在量子计算中,通过干涉现象可以使计算过程中产生非期望结果的路径相互抵消,而期望结果的路径则相互增强,最终得到正确的答案。
并行计算(Parallel Computation):由于量子叠加和量子纠缠,量子计算机能够并行地对大量信息进行处理和计算,从而在某些特定问题上远远优于经典计算机。
2. 量子通信的2项基本原则
量子通信主要基于量子力学原理来保障信息传输的安全:
量子叠加和量子纠缠的安全保障 :量子通信利用量子叠加态和量子纠缠来生成和传输密钥。即使通信双方的量子比特被窃听,窃听者对量子态的测量也会不可避免地干扰量子态,从而被通信双方察觉到。
不可窃听性:根据量子力学中的"测不准原理",对一个处于叠加态的量子比特进行测量,会不可避免地改变它的状态。这种对量子状态的破坏行为,使得窃听者无法在不被发现的情况下窃取信息,从而确保了信息的安全性。