文章來源：自然雜誌（Nature）2009年11月25日
如果歷史可以借鑑的話，密碼被發展出來後，就能夠被破解。但加拿大安大略省滑鐵盧大學量子計算研究所（Institute for Quantum Computing）主任拉弗萊姆（Ray LaFlamme）辦公室裡一個探測器內的密碼卻無法破解。拉弗萊姆表示，這些裝在光脈衝（pulses of light）內的密碼無法破解。這些資訊並非被藏在一個複雜的新密碼本內，而是受到量子力學規律的保護。量子力學規律將光脈衝嚴密包裹，任何竊聽都會立刻觸發警鈴。拉弗萊姆說，這種名為量子密碼學（quantum cryptography）的技術，有一天將使竊聽絕跡。量子密碼學的出現，使得拉弗萊姆領導的研究所更進一步探討量子資訊科學（quantum information science）這樣更廣泛的課題。量子資訊科學融合物理學，數學及電腦科學於一體。這樣的科學，在25年前尚無人知，或被認為無關緊要。目前，世界各國政府及研究所競相爭取頂尖的物理學，數學及電腦科學人才。根據拉弗萊姆2008年蒐集的一份名單，全世界已有100多個學術及工業團體在量子資訊科學方面發表文章。
位於維也納的奧地利量子光學暨量子資訊研究所（Institute for Quantum Optics and Quantum Information）科學部主任柴林傑爾（Anton Zeilinger）表示，此一現象十分驚人。他說，對一個年輕人來說，這真是一個黃金時代。
量子資訊科學專注於善用量子力學的優點。這些優點主要應用於兩個方面：資訊處理及加密。因此，一些研究人員正在百折不撓地建造量子電腦，使用量子力學提供的精細及模糊位元，以遠遠超過傳統電腦的功能。還有一些研究人員，在量子加密上下工夫，利用量子力學的特質，創造防諜系統，就像拉弗萊姆辦公室那台探測器一樣。拉弗萊姆開玩笑地說，他可以用他辦公室那台機器，將研究所的秘密策略文件送給同事，而沒有人會知道。
滑鐵盧大學量子計算研究所自2002年創立以來，由於不斷擴張，經常需換更大的地方。現在，很快又將搬進第4棟大樓。新的量子-奈米中心，耗資1億6000萬加元（1億5100萬美元），將於2010年底前完成。這棟新大樓，將可提供拉弗萊姆繼續發展的空間。總部設在安大略省滑鐵盧市的黑莓智慧型手機（BlackBerry）製造商RIM（Research In Motion）創建人雷查瑞迪斯（Mike Lazaridis），係新量子-奈米中心贊助人之一。雷查瑞迪斯10年前，自掏腰包，出了1億5000萬加元，建立理論物理學周邊研究所（Perimeter Institute for Theoretical Physics）。今天，他又再捐助5000萬加元，協助成立量子-奈米中心。拉弗萊姆初來到滑鐵盧大學創建量子計算中心時，就有一大批研究員跟隨，目前該計算中心約有110名研究員，新大樓將可容納200多研究員。
量子資訊科學的成長，不僅是在加拿大，歐洲的熱點地區包括英國牛津大學。該大學量子資訊科學先驅杜志（David Deutsch）1980年代末期即開始這方面的研究。另一個熱點就是奧地利的量子光學暨量子資訊研究所（IQOQI），它是奧地利科學院轄下的一個研究機構，在英斯布魯克大學（University of Innsbruck）及維也納都有一個實驗室。柴林傑爾表示，10年前，奧地利從事量子資訊科學研究人員不過40名，現在此一人數已增至200多人。
新加坡亦展現了對量子資訊科學的興趣，並聘請英國牛津大學知名物理學家艾克爾特（Artur Ekert）前來新加坡國立大學擔任量子科技中心主任。艾克爾特並未自牛津大學辭職，他在新加坡國立大學的工作僅是兼職。新加坡國立大學量子科技中心於 2007年創建，獲得5年1億5000萬新加坡幣（1億800萬美元）的撥款。目前，新加坡國立大學量子科技中心的研究人員約有百名。
博士後研究生，像是滑鐵盧大學量子計算研究所的柯亦希（Bill Coish），認為量子科學有許多的機會。雖然目前經濟衰退未復，但他相信此一科學今後的發展無可限量。
柯亦希表示，與仍在老舊領域工作的人比起來，他覺得他幸運多了。他在瑞士巴塞爾大學（University of Basel）攻讀博士學位時，專研原型量子電腦倒退回原始狀態的問題。瑞士是少數量子資訊科技新興公司之一，以日內瓦為總部的id Quantique公司的大本營。id Quantique公司2007年曾使用量子加密科技傳送選舉結果。柯亦希雖不排除將來可能會再回到歐洲，但與其加入新興公司，他寧願在學術方面發展。他說，新興科技公司需要的人，都是那些喜歡在實驗室內修修補補的人。他因此認為，實驗家比較適合新興科技公司。
展望前程，柯亦希表示，他將凸顯自己在數學及電腦科學方面的才能，使學術界對他更有興趣。柯亦希說，學術界希望延攬的人才，一方面對傳統的理論物理學有所專精，同時亦對傳統上由電腦科學家及數學家研究的項目有所了解。
拉弗萊姆同意柯亦希的看法。他說，今年量子計算研究所欲填補的三個位置，都沒有一套既定的標準。這些職位基本上都是跨領域學門的。他的個人標準是，才能出眾，但不拘限於某一學門。拉弗萊姆指出，在量子計算研究所內，幾乎半數的研究員專精數學及電腦科學，另一半專精於物理及物理化學。不過，2007年，歐盟執行委員會（European Commission）資助的一項量子資訊計畫檢討報告顯示，實驗或理論物理學研究員幾乎主導著這個領域。
量子計算的特性在特殊情況下，對計算速度將會帶來突破性的發展，像是在密碼破解方面。1994年，數學家紹爾（Peter Shor）即曾顯示，量子電腦在分（係）數計算上，速度遠遠超過傳統電腦。紹爾目前任教於麻省理工學院（Massachusetts Institute of Technology）。此一情形可能從基本上，會危及到所有事務的資訊安全，從財務處理到國家機密等。這是因為，今天的加密措施，均是基於傳統電腦在分（係）數計算上不足的假設。目前仍在萌芽階段的量子電腦，利用量子力學同時可以存在於兩個地點的優勢。一個量子位元，可以很快超越普通位元的表現。通常，100萬傳統位元，才能抵得上20個量子位元的記憶量。
毫不意外，這種計算潛力已獲得許多政府機構的青睞。例如美國，量子計算工程就是由國家科學基金會（National Science Foundation），國家安全局（National Security Agency）及2007年才組成的高級情報研究計畫（Intelligence Advanced Research Projects Activity）等機構資助。但新墨西哥州洛斯阿拉莫斯國家實驗室（Los Alamos National Laboratory）物理學家休斯（Richard Hughes）表示，由於沒有一個統籌機構，統一協調研究工作，研究及工作前景，反而是歐洲比較強。
量子計算目前雖然仍處萌芽階段，但滑鐵盧大學量子計算研究所的量子加密研究卻進展很快。就像量子電腦會為銀行業務處理帶來威脅一樣，量子力學也可提供解決辦法。在量子加密中，資訊的送出，均是根據量子力學設計的解碼器群。這些以極化光子形式出現的解碼器群，在送到預定的探測器群時，彼此可以完全互容。但如果有竊聽設備，在運送途中欲探測光子中的任何一個，這群光子便會立刻消失，就好像光子會彼此互相感應一樣。
一些新興公司，如id Quantique，已對量子加密科技商業化一事進行初試，但仍面臨一些挑戰，如加速資訊傳送速度等。這也是滑鐵盧大學量子計算研究所博士生厄爾文（Chris Erven）的研究目標。
原文：http://www.nature.com/naturejobs/2009/091119/full/nj7271-376a.html
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