题材新闻：
2025年10月22日，谷歌宣布其量子计算机取得突破性进展，使用一种名为“量子回声（Quantum Echoes）”的算法，在量子芯片Willow（柳树）上完成了传统超级计算机无法胜任的任务，使量子计算机在特定任务上的运行速度比传统超级计算机快13000倍，并且这种算法可以在类似平台上得到重现。
题材介绍：
（一）量子信息定义及领域
量子信息科学是量子力学与信息科学的交叉学科，核心是通过量子态（如叠加、纠缠）实现信息处理。量子信息就是用微观粒子的状态表示的信息，是以量子力学基本原理为基础，通过量子体系的各种相干方式，进行计算、编码和信息传输。量子信息是突破经典计算机芯片尺度极限的新途径，具有计算能力、通信安全性和测量精度上的巨大优势。量子信息的范畴主要包括量子计算、量子通信和量子测量三大领域。量子计算利用量子比特的叠加和纠缠特性，实现指数级的计算加速；量子通信基于量子纠缠和不可克隆定理，提供无条件安全的通信方式；量子测量则利用量子态的高灵敏度，实现超高精度的物理量测量。
1、量子计算
量子计算是一种并行计算（同时求解各种问题），因此在特定任务（如大数分解、组合优化）上可实现指数级加速。量子计算之所以能够在某些问题上并行处理，本质上是利用了量子态独有的叠加、纠缠特性，信息处理模式有所不同。经典计算使用二进制的数字电子方式进行运算，而二进制总是处于0或1的确定状态。普通计算机中的2位寄存器在某一时间仅能存储4个二进制数（00、01、10、11）中的一个，而量子计算机中的2位量子位比特寄存器可同时存储这四种状态的叠加态。推广到n位存储器的情况，理论上，n位量子寄存器与n位经典寄存器分别能够存2ⁿ个状态和1个数。
多个量子比特通过纠缠形成的叠加态，使量子计算机可以同时探索海量可能性，这是量子计算更快处理特定任务的关键。比如研发新药时，要模拟药物和靶点蛋白的相互作用，涉及成千上万个原子。传统超级计算机要模拟化学反应时，需逐个验证原子排列组合，像在迷宫里一条路一条路地试，做几十亿次计算；量子计算机能利用量子叠加态，类似于一次性“派分身探索所有岔路”，同时模拟所有可能的分子结构，再通过特定算法（如VQE）让有效结构的“信号”越来越强，最终快速锁定有效化学结构，大幅节省时间和算力。
2、量子通信
量子通信原理主要为密钥分配、隐形传态、量子纠缠和量子不可克隆定理四部分。在微观世界中，一对纠缠粒子中的一方状态变化会瞬时影响另一方。量子通信中，发送方将纠缠粒子对分开传输，接收方通过测量本地粒子状态，间接获取粒子携带的关联信息（如密钥），而非直接读取信息内容。接收方需与发送方共享纠缠粒子对，并配合经典信道传递的测量结果，才能还原量子态或生成密钥。由于无法对未知量子态进行精确复制，任何窃听均会瞬间扰动、破坏粒子的原始状态，让通信双方立刻发现异常，从而确保通信安全性。
3、量子测量
量子测量技术利用特定的量子体系（如原子、离子、光子等）与待测物理量（如磁场、重力场等）相互作用，诱导量子态演化，通过对体系最终量子态的读取及数据后处理过程实现对物理量的超高精度探测。
用通俗的语言来说，量子测量好比是让粒子（原子、离子、光子等）充当感应探针（传感器），这些粒子的量子态对环境扰动极为敏感；测量前需将粒子制备到特定初始态（如基态或叠加态），相当于设定统一状态（初始化）；让粒子接触待测量目标环境（如磁场、重力场），粒子与环境相互作用时，其状态（量子态）会随着目标变化而发生确定性演化，这一过程就编码了被待测量物理量的信息；对于粒子最终的状态变化，通过算法（如傅里叶变换、机器学习）提取有效信息，同时抑制噪声（即环境干扰）并提高精度，就能精确测量出目标物理量的数值。
量子测量基本可以分为量子态初始化、量子体系在待测物理场中演化、量子态读取、结果处理转化等关键步骤。利用量子精密测量方法，可在时间、频率、加速度、电磁场等物理量上突破经典测量极限，应用于导航、医学检测、资源勘探、地质灾害监测及引力波探测等领域。
量子测量可实现超高精度的测量。比如原子钟的精度达到37亿年误差1秒；无液氦心磁图仪通过64通道量子磁探测器，可检测心脏跳动产生的微弱磁场（强度仅为地球磁场的十亿分之一），实现毫米级空间分辨率的心脏磁场成像，助力心血管疾病早期诊断；量子重力仪可测量相当于地球表面重力加速度十亿分之一的重力场变化，从而运用于矿产资源勘探；量子陀螺仪的角速度测量精度比传统陀螺仪高1000倍以上，可以为航天器、潜艇提供无卫星信号依赖的高精度惯性导航。
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