1、量子信息处理：从量子光学到半导体量子点的探索

量子信息处理：从量子光学到半导体量子点的探索

量子物理与信息科学的变革

量子力学自一百多年前被发现以来，彻底改变了我们对自然的认知。在微观世界里，粒子的性质变得模糊，观察者在粒子的变化过程中也扮演着积极的角色。过去三十年的技术进步，让那些原本更吸引哲学家而非物理学家的量子现象，有望为信息处理和传输带来新的范式。如今我们知道，若能控制和操纵微观系统，利用量子物理定律，就能构建量子计算机和通信设备，从而引发信息社会的革命。

量子光学领域在这一研究前沿开展了许多开创性实验。量子光学主要研究光与物质（通常是原子）相互作用的基本现象。原子可以可靠地存储量子比特（qubit），即量子信息的存储单元，而光子则可用于在不同位置之间传输这些量子比特。近年来，在操纵原子、将信息传递给光子、通过光纤传输光子以及将信息重新存储到不同原子等方面，我们积累了大量知识。量子光学领域已相当成熟，过去十年里取得了显著的控制成果。

半导体量子点：量子信息处理的新选择

近年来，固态系统成为构建量子计算和通信设备的另一种选择。特别是嵌入半导体材料中的量子点里的电子，能够存储量子比特，并且可以通过外部场进行操纵。此外，量子信息还能存储在量子点中原子的核自旋里。如果将电子或核自旋类比为原子，那么固态系统中的现象与量子光学系统中的现象有很多相似之处。因此，我们可以借鉴量子光学领域的工具和理念，来学习如何操纵和传输量子点中存储的信息。

量子信息处理的挑战与策略

量子信息科学旨在探索利用具有量子特性（如叠加和纠缠）的系统来存储、传输和处理信息，是否能带来优势。如今，我们已经得到了肯定的答案。过去三十年里，一系列重大发现推动了这一领域的发展。1981 年，理查德·