量子力学测量问题与量子信息

从量子物理的基本问题到量子信息:
量子理论是二十世纪科学进步的一个伟大的里程碑。它的创立和发展不仅导致了原子能、激光和半导体等重大技术发明，创造了人类的物质文明，而且使得人们对微观世界运动规律有了基本正确的、革命性的理解。然而，自量子力学诞生以来，以量子测量问题为核心，关于量子力学的思想基础和基本问题的争论，从来就没有停止过。近年来，伴随着技术的进步，过去仅限哲学思辩式探讨的量子论基本问题，已经能够在实验室里加以精确的检验.特别是，最近由于量子信息的发展， 量子测量等基本问题的研究进一步得到了广泛的重视。
根据计算机发展的摩尔定律，中心处理器的运行速度每18个月就会提高一倍，相应地，芯片上晶体管集成的数目随时间呈e指数增长。这预示着计算机芯片元件不久将会达到它的极限尺度，突破芯片元件尺度的极限是当前信息科学所面临的一个重大科学问题。从物理学角度看，信息的载体必定是一些特定的物理系统，信息的传递和处理必定是某种物理过程.随着物理的存储单元会变得越来越来越小(甚至变成单个原子)，量子效应会越来越明显地凸现出来，基本量子特性—量子相干性会在信息的存储、传递和处理过程中起着核心的作用.
量子信息的研究是以量子力学原理为基础、充分利用量子相干性的独特性质(量子并行、量子纠缠和量子不可克隆)，探索以全新的方式进行计算、编码和信息传输的可能性，为突破芯片极限提供新概念、新思路和新途径。从本质上讲，量子信息关键，是直接利用量子相干性的物理观念以及由此引起的量子效应，而不只是利用量子力学的物化产品（如半导体器件）。量子计算的优势源于量子相干性导致的量子并行，量子通讯则依赖于多粒子相干叠加代表的量子纠缠，而量子密码则直接源于量子测量导致的波包塌缩。
总之，量子力学与信息科学结合,充分显示了学科交叉的重要性。但是，虽然量子信息的研究已经取得日新月异、令人叹为观止的进步，但最终要实现有实用价值的量子计算、量子通讯和量子密码，不仅在实用化中存在着相当大困难，而且有的困难甚至是原理性的。从一般原则上讲，这些困难的根源正是量子力学的测量问题。
事实上，量子力学所展示的微观世界图景，完全不同与经典物理“精确描述”的物质世界。通过测量从微观世界提取经典观察者可以感知的信息，看上去更是令人捉摸不定。正是在经典与量子的交汇处，量子力学测量问题的被很自然地提了出来：
1. 为什么量子测量会引起被测量子系统不可逆的改变-波包塌缩（或称量子
退相干，decoherence）？
2. 能否避免和有效地控制量子退相干，使得人们能够从微观系统
的量子态读出有效的“信息”？
3. 量子测量是否意味着人们对微观世界的“主观介入”？

[孙昌璞]