自克劳德·香农(Claude Shannon)首次提出信息理论以来,信息科学在过去的七十年中导致了我们生活中的重大变化。它基于信息的量化作为区分二态状态的能力。基本信息单位是二进制数字,也称为位。这是区分0和1的两个状态的能力,并且是数字计算,信息处理和通信的基本原则。但是,所有传统信息科学均基于钻头行为的经典物理:在计算或通信中间的任何给定时间,给定的位只能占用两个可用值之一。出现一个自然的问题:鉴于经典物理学是量子物理学的一个子集(或者,量子物理学是具有对应原理的经典物理学的概括,量子物理学在“经典”限制中降低到经典物理学,如果我们利用量子物理学优势,我们可以在信息处理中做得更多吗?这个问题的答案被证明是一个响亮的“是”,开辟了量子信息科学的新领域。在本章中,我们将讨论利用原子进行量子计算。在下一章中,我们将讨论利用原子和光子进行量子通信。
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