3.量子计算与量子通信
量子信息是关于量子系统“状态”所带有的物理信息 。 通过量子系统的各种相干特性 ， 包括量子并行、量子纠缠和量子不可克隆等 ， 进行计算、编码和信息传输的全新信息方式 。 而量子计算是新型结构的计算模型之一 ， 量子计算和量子通信是量子力学、计算机科学与信息论等交叉融合的新型学科 。
要阐明清楚上述概念 ， 还要从量子说起 。 量子是不可分的最小能量单位 。 在量子世界中 ， 量子存在一种奇妙的“纠缠”运动状态 ， 根据实验验证 ， 具有纠缠态的两个粒子无论相距多远 ， 只要一个发生变化 ， 另外一个也会瞬间发生变化 。 而量子通信正是利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型通信方式 ， 其利用量子力学的基本原理 ， 保证了量子通信的安全性 ， 解决通信过程中最重要的密钥分发问题 。 其中光量子通信的BB84协议正是解决密钥分发问题的典型协议 ， 协议流程如下：首先 ， 发送方Alice随机生成四种密钥 ， 如图1所示 。 接收端Bob随机使用两种测量基 ， 对Alice发送的密钥进行解调 ， 并在之后通过可被窃听的公开信道 ， 告知Alice其每个码元分别采用的解调测量基类别 ， 然后Alice根据这一信息 ， 对比自己的编码方式 ， 就能知道接收端哪些测量基选择正确 ， 哪些选择错误 。 再然后 ， Alice通过公开信道告知Bob需要扔掉哪些错误的测量基 ， 留下的即为追中筛选结果 ， 该结果在发送和接收端相同[1] 。
图1 BB84协议示意图
来源：中国科学院院士郭光灿公开课
基于上述协议的通信过程就很简单了 ， 直接用经典信道传送密文 ， 即使被窃听到也不会泄密 ， 因为每次传送的密钥都是不同的 ， 窃听者无法完全得到有效密钥 ， 这保证了通信的绝对保密性 。
4.半导体与新型半导体
半导体材料是大部分电子产品的核心单元所需的材料 ， 其产品包括集成电路、光电子器件、分立器件和传感器 ， 其中规模最大的为集成电路 ， 占半导体市场的81% 。 集成电路是用半导体材料制成的电路的大型集合 ， 而芯片则是由不同类型的集成电路或单一类型的集成电路形成的产品 。
日前 ， 中兴被美国制裁事件 ， 使民众对我国具有自主知识产权的芯片研发能力产生巨大担忧 ， 也使得国内各公司企业意识到芯片对于一个企业发展的重要性 。 芯片特别是高端芯片的核心技术是国家的核心竞争力 。
而新型半导体材料主要是以砷化镓（GaAs）、氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）为代表的化合物半导体材料和以石墨烯为代表的碳基材料 。 新型半导体材料以更大的近代带宽、电子饱和、漂移速度更快等特点 ， 能够制造出具有优异光电性能、高速、高频、大功率、耐高温和高辐射等特征的半导体器件 。 因此 ， 吸引了许多国家科研机构和大公司投入 。 在我国 ， 新材料在《《中国制造2025》重点领域技术路线图》中是十大重点领域之一 ， 其中先进半导体材料和石墨烯材料分别被纳入关键战略材料和前沿新材料两个发展重点 ， 具有广阔发展前景 。
5.区块链
区块链技术兴起并发展于金融、数字货币行业 ， 由于其完全去中心化、零信任特点 ， 引起各个国家、国际组织和公司企业的广泛关注 ， 成为投资和研究的热点 。 区块链技术是分布式账本、共识机制、智能合约、加密技术等技术的有机结合 ， 由于其天然去中心化特性 ， 引起了金融、数字版权、教育、物联网、数字医疗、社会管理等多个领域的研究热潮 ， 也推动了区块链技术本身的不断迭代 。
【信息科技领域中的六大颠覆性技术创新】
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