施郁
复旦大学物理学系
摘要：量子信息学是量子力学与信息科学、计算机科学的交叉学科。美国生物学家E.O.威尔逊(Edward O. Wilson)有一段话很好地说明了交叉学科的重要意义,他说:"科学是我们时代最大胆的形而上学,是人类的创造,相信如果我们有梦想,坚持去发现、解释、再梦想,从而不断进入新的领地,让世界显得更清晰,我们就能掌握宇宙的真正奇异之处,而这些奇异之处将会被证明是互相联系,有意义的。"量子信息就是宇宙的一个奇异之处,反映了信息与物质的深刻联系。
引言
量子信息学是量子力学与信息科学、计算机科学的交叉学科。美国生物学家E.O.威尔逊(Edward O.Wilson)有一段话很好地说明了交叉学科的重要意义，,他说:“科学是我们时代最大胆的形而上学,是人类的创造,相信如果我们有梦想,坚持去发现、解释、再梦想,从而不断进入新的领地,让世界显得更清晰,我们就能掌握宇宙的真正奇异之处,而这些奇异之处将会被证明是是互相联系,有意义的。”量子信息就是宇宙的一个奇异之处,反映了信息与物质的深刻联系。
不同学科的科学家给交叉学科带来各自的特长。大数学家希尔伯特有一句幽默的名言:“物理学如此重要,不能留给物理学家。”事实上,希尔伯特对广义相对论的数学形式做出过重要贡献,当时对爱因斯坦构成竞争,让爱因斯坦感到很大压力。类似地,物理学家可以说,生物学是如此重要,不能全留给生物学家。事实上,正是物理学家协助开启了分子生物学。
物理学家还可以说,信息和计算是如此重要,不能全留给计算机科学家。这正是本文所要回顾的。我们将追溯物理学家所走的信息之路,从经典信息到量子信息。
量子信息并不是指经典信息技术的量子物理基础,虽然物理学对经典信息提供了硬件基础,电子计算机的器件(晶体管、存储器等)中的电子也确实服从量子力学。量子计算也不是指关于量子力学的计算问题,不是计算物理。这些固然是重要的领域,但不是所谓的量子计算与量子信息。
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