清华大学成立量子信息班，这个班主要研究什么？

数百年来，我们对物质和能量性质的理解是基于牛顿、高斯、麦克斯韦等人通过观察自然而提出的数学方程。这些定律提供了一个有用的运动、力、热、电力和磁性模型，使我们能够制造发动机、发电机、计算机和通信设备。

在 20 世纪，当我们开始在原子和亚原子尺度上观察自然时，很明显，经典模型不足以预测小距离的性质。相反，需要一个量子模型，引入最终在自然界得到验证的难以置信的特征：

经典模型可以描述粒子或波的系统，但这些是截然不同的现象。在量子模型中，物质表现出波和粒子的性质。这种行为允许具有两个经典极化方向（例如?上?或?下?）的磁铁等系统处于量子叠加状态，同时将?上?和?下?极化。多部分系统的国家可以?纠缠?，表现出比经典理论允许的更强的相关性。

在 20 世纪，我们使用量子模型设计了晶体管和激光等新技术，从根本上改变了我们的生活。现在，在 21 世纪，我们开始利用量子属性来建造新计算机和新通信设备。这需要一种完全不同的思维方式，思考如何解决计算机问题，特别是一些问题解决有多困难。

这些都是具有实际意义的深刻问题。密码学允许我们在包含财务或健康数据等敏感信息的信息中保密，其依据是要求除授权人员以外的任何人进行非常困难的计算以窃取信息。我们目前的困难概念基于经典模型。在量子世界中，许多经典的计算实际上很容易。

量子器件的直接应用之一是通过计算化学系统和物理器件在量子水平上的性质和行为来建模自然。这些是目前在经典计算机上进行的最困难的模拟之一。量子计算机可以成为游戏改变者，可以在实际的时间尺度上进行更现实的建模。例如，这种模拟可以对药物设计、可持续发电和新材料的开发产生广泛影响。

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