在量子力学出现百年之后，可能真的要正式走进大众的视野了。如今，量子产业主要有三大技术：量子通信、量子计算、量子测量与传感。本文就先粗浅地聊一下这三大技术用在哪里吧！

量子通信

量子通信是利用量子叠加态和纠缠效应进行信息传递的新型通信方式，基于量子力学中的不确定性、测量坍缩和不可克隆三大原理提供了无法被窃听和计算破解的绝对安全性保证。
经典通信较光量子通信相比，其安全性和高效性都无法与之相提并论。安全性：量子通信绝不会“泄密”，其一体现在量子加密的密钥是随机的，即使被窃取者截获，也无法得到正确的密钥，因此无法破解信息；其二，分别在通信双方手中具有纠缠态的2个粒子，其中一个粒子的量子态发生变化，另外一方的量子态就会随之立刻变化，并且根据量子理论，宏观的任何观察和干扰，都会立刻改变量子态，引起其坍塌，因此窃取者由于干扰而得到的信息已经破坏，并非原有信息。高效性：被传输的未知量子态在被测量之前会处于叠加态，即同时代表多个状态，例如一个量子态可以同时表示0和1两个数字， 7个这样的量子态就可以同时表示128个状态或128个数字：0~127。光量子通信的这样一次传输，就相当于经典通信方式速率的128倍。可以想象如果传输带宽是64位或者更高，那么效率之差将是惊人的。

量子计算

如今的晶体管已经可以做到几纳米的大小，仅有数个原子的大小，比如5nm就相当于40个硅原子的尺寸，而且按照摩尔定律，这个尺寸应该还会持续缩小，但恰恰因为它的尺寸太小，电子有时会无视它的阻碍，直接通过已关闭的三极管开关，这种现象就被称为量子隧穿。当量子隧穿规模达到数亿级别时，显然就会对应用造成明显影响，晶体管尺寸就摸到了“天花板”。
也就是说，经典计算机即将达到所谓的“量子极限”，电子的行为已经不能单纯地再用“电流”的概念来描述，几十年积累的集成电路设计已经达到极限，而现在能走的路无非两条，其一是不断改进工艺或更换材料，以尽量逼近这个极限，其二就是拥抱量子特性来进行计算，包括电子、超导线圈、冷原子甚至光子都有潜力成为量子计算的载体。
正是因为我们的集成电路的尺度在不断接近量子世界，因此量子计算将会成为必然选择。经典计算机的发展逐渐遇到瓶颈，而量子计算相比经典计算确实有着巨大的优势。因为量子计算机可以用一个量子态同时表示多个信息，因此其运算潜力是巨大的。最为著名的算法——Shor算法可以呈指数倍地提升经典计算机下破解重要密码算法——RSA算法的速度。

量子精密测量

首先要说明的是，量子精密测量是量子测量的一种应用。因为量子处于叠加态，直接对量子态进行观测将会导致波函数的塌缩，原先的不确定性消失。量子精密测量是利用量子力学规律，特别是基本量子体系的一致性，对一些关键物理量进行高精度与高灵敏度的测量。利用量子精密测量方法，人们在时间、频率、加速度、电磁场等物理量上可以获得前所未有的测量精度。下面列举几种量子精密测量技术。

制备精度更高的“尺子”

以时间测量为例，当前原子钟所给出的频率和时间标准是目前测量精度最高的基本物理量。同时，原子钟精度的提高也带动其他基本物理量测量、物理常数定义和物理定律检验精度的提高，促进了新物理的发现和科学技术的进步。在微波段运行的原子钟已被广泛应用于导航、通信等领域。由于量子精密测量方法上的突破，在光波段运行的原子钟(简称光钟)具有更高的精确度与稳定度，有望达到10-21量级(即万亿年的误差不超过1秒)，相比微波原子钟进步了至少两个数量级。

减少测量的误差

无论什么测量方式，都会产生一定的误差，这就需要重复多次测量，以消除测量本身可能带来的误差。在经典力学中，重复N次测量并取均值，将会使误差变为原来的根号N分之一（散粒噪声极限）；而在量子力学中，利用特定的量子态可将噪声对于系统的影响大幅降低。如果让N个量子尺子处于一种纠缠态中，外界环境对于这N个量子尺子的作用产生相干叠加，最终使得N次测量误差达到单次的N分之一（海森堡极限），大大超出经典测量的上限。

接下来的文章将会首先介绍量子以及神奇的量子效应。在这之后，将会粗浅介绍量子通信中的量子密钥分发技术以及量子计算中的Shor算法。让我们开始吧！