量子力学不仅是计算机、智能手机和医学成像设备等许多现代技术的基础,而且还带来了化学、生物学等领域的全新发现。在本书中,作者细致探讨了量子力学中一些突破性的实验,例如纠缠粒子的产生和量子信息的成功传送,并解释了这些实验是如何为量子计算和量子密码学等充满想象力的崭新学科铺平道路的。
1970年,当时还在哥伦比亚大学的年轻的物理学家史蒂芬·威斯纳产生了一个设想。威斯纳发明了量子货币。量子货币的一大特点是,它永远不会被伪造。同时,它也不可能在将来被伪造,除非将来有一天量子力学从根本上被证明是错误的,当然这种可能性微乎其微。
威斯纳的设想,是将量子态运用于钞票上印刷的序列号。理论上,这一想法是正确的,尽管要从技术上实现仍有待观察。一种可能的情况是,将水平偏振或垂直偏振的光子放置在纸币上的某一个位置。
威斯纳的设想中,关键在于不仅需要有水平偏振和垂直偏振的光子,还需要有从垂直方向向右和向左旋转45度角偏振的光子。我们将这两种偏振分别称为S和T。因此,纸币上一个标准的序列可能为HSVVSTHSV。
在不可伪造量子货币的设想里,首次出现了几个基本思想。第一个思想,是将信息编码成两种不同类型的正交量子态。伪造者基于错误方式测量量子系统不会得到有用信息,而只会得到随机结果。今天,我们把这一方法叫作共轭编码。
在不可伪造量子货币的设想中,史蒂芬·威斯纳不经意间引出了我们今天所称的量子比特的概念。所有的现代数字计算机都是以比特作为基本信息来运行的。比特的状态或为0,或为1。一台计算机便包含了这些比特状态的物理实现。
总之,后来有许多运用量子态去传递或处理信息的想法都采纳了威斯纳关于不可伪造量子货币的设想。其中便包括我们已经讨论过的量子密码学。1984年,通过使用单量子比特,查尔斯·贝内特和吉尔斯·布拉萨德首先提出了量子密码学;1991年,通过使用纠缠态,牛津大学的阿图尔·埃克特也提出了量子密码学。