量子信息技术是量子物理与信息技术相结合的战略性前沿科技，主要包括量子计算、量子通信、量子雷达、量子探测等专业领域。量子信息技术学迅速发展成为一门新兴交叉学科，主要是以量子力学基本原理为基础，利用量子系统的各种相干特性进行编码、计算和信息傳输的信息科学。近年来，量子信息技术发展势头迅猛，巨大潜力日益显现，其各个细分领域均取得若干重大突破，各国在此领域的竞争也进入白热化。美国、英国、欧盟各国、日本等分别将量子信息技术提升至国家战略高度。在新时期，全球涌现“量子科技”潮，量子技术正从实验室走出来，在传感、通信、信息处理和安全等领域实现前所未有的跨越式发展。量子技术正成为近期科技创新的聚焦点，人类社会正在进入“量子信息技术”时代。

量子计算技术

　　量子计算理论是对微观世界一种运行机制的描述，是理解和预测物理宇宙性质的最为精确的理论。
　　量子理论主要遵循以下基本原理。一是波粒二元性，一个量子物体同时具有类波性质和类粒子性质，当系统遵循波动方程时，任何可测量的系统都能够返回一个与其一致的粒子。二是叠加性，一个量子系统能够同时存在两种或更多种状态，被称之为“叠加”或“叠加状态”。三是相干性，当一个量子系统的状态能够被一组复杂的数据所描述时，那么系统的每一种状态都是相干的。对于诸如量子干涉、量子叠加、量子纠缠等量子现象，相干都是必需的。四是纠缠性，纠缠是一些多粒子叠加状态（并非全部）的一种特殊性质，测量一个粒子状态时能够影响到另一个粒子，即使这些粒子相隔很远且无明显的相互作用。五是可测量性，量子系统从根本上改变了测量工作，在其处于一个确定的状态下时，系统处于与所测值相对应的状态。

　　量子计算机的运算速度远超传统计算机，主要是因为它们的基本原理不同。传统计算机采用的是二进制，它的基本单元是“比特”（bit），用“0”和“1”来表示，例如硬币的正和反两个面或者开关的开和关两个状态。而量子计算机的基本单元却是“量子比特”（qubit）。它不是一个“开关”，而是一个可连续调节的“旋钮”，你可以把它转到任何一个角度。
　　一个量子比特可以用布洛赫球（在量子力学中，布洛赫球面是二能级量子力学系统纯态空间的一种几何表示方法）来表示。相比于经典比特（信息量的最小度量单位）只有0和1两个点，量子比特的取值则分布在整个球面上，即球面上任意一点都可以是某个量子比特的值。这就不难理解量子计算机为什么能运算这么快了。
　　目前我们常用的经典计算机，在提取某个需要解决的问题时，需要把所有可能性列举并验证一遍，才能找到正确的信息，这相当于一个拥有双手的人，一个时间段只能做一件事情。而量子并行计算能够直接计算并提取出相应信息，相当于一个“千手观音”，可以同时做2的N次方双手可以做的事情。
　　量子计算主要有两种方法。一种方法是通过初始化量子系统状态，再运用汉密尔顿的直接控制方式来推进量子态演化，由此得到一个高概率的问题答案，进而得到预期结果。因为汉密尔顿通常是平滑形的，因此量子计算实质上是真正的模拟计算，且不能完全纠正误差。另一种方法叫做“基于门的计算”，类似于当今的经典计算方法，主要是将问题分解为一系列基本的“原始运算”或“门”，对于特定的输入状态会得到一个明确的数据测量结果，这种数据特性意味着这些设计类型能够以系统级的纠错来达成容错目的。当前，主要的量子计算机有模拟量子计算机、基于噪音的中等规模量子计算机、基于门的量子计算机，以及基于门的全纠错量子计算机。
　　量子化学、优化（包括机器学习）和破解密码是量子计算具有的最被认可的潜在应用价值，这些领域目前仍处于初始阶段。现有算法可能会以尚未预测的方式被改进或实现，而新的算法也可能会随着研究不断深入而出现。因此，除了密码学之外，难以预测量子计算将会带来怎样的影响。
　　量子计算的最好应用领域就是密码领域，也就是破解密码，这是一个基于数学的应用。对于密码学来说，未来运用Shor算法的量子计算机将对其产生深远影响。

　　量子模拟被认为是一种具有巨大潜力的具体应用，特别是在量子化学领域。虽然经典的计算方法在许多情况下都是非常有效的，但往往不能预测化学反应过程或区分反应阶段的相关物质，而量子计算机能够在经典计算方法难以解决的情况下，有效解决这些问题。
　　事实上，比起经典的化学反应速率常数计算法，早期的一种量子计算方法在速度上已经提高了好几个指数量级。量子计算与其他算法能够为人们打开一扇大门，让人们对物质的各种反应和状态有更深的洞察力，这些成果在能量存储、显示器件、工业催化剂以及药物开发等方面具有广阔的商业价值。
　　近几年，全球范围内在量子计算物理验证方面取得的进展是有目共睹的，并且也吸引了越来越高的市场兴趣和投资活动，但是在解决实际问题方面，国际公认短期内无法实现通用量子计算机的使用。根据赛迪智库电子信息研究所发布的《量子计算发展白皮书（2019）》，量子计算发展预计分为近期、中期与远期3个阶段。 　　近期的“量子霸权”仅为技术研发初期的一种特有概念形式，距离真正的量子计算机仍有很大距离;中期将利用可控的人造量子系统，实现对复杂物理过程的高效量子模拟;后期研发的通用量子计算机将对大数据、人工智能、密码破译等领域产生颠覆性影响，并且量子计算机与经典计算机将实现功能互补。
　　BCG预测量子计算在25年内将经历3个发展阶段，最终走向成熟。其中，第一个阶段是2018年—2028年，工程师们将研发出可用于低复杂程度的量子模拟问题的非通用量子计算机;第二个阶段是2028年—2039年，邏辑量子比特数量将扩展到50多个，并实现所谓的“量子霸权”，更快速地执行特定算法的应用程序，主要包括分析模拟、研发和软件开发等，创造巨大的市场潜力;第三阶段为2031年—2042年，量子计算机将在高级模拟、搜索和优化的商业应用方面取得比经典方法更有显著优势的规模。由于摩尔定律的扩展，以及量子计算在某些应用中超过二进制计算的阈值，第二阶段和第三阶段量子计算机之间有相当大的重叠。作为一个总体轨迹，BGC预测量子计算将在2030年左右出现快速增长。

量子通信技术

　　量子通信是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通讯方式，是21世纪发展起来的新型交叉学科，是量子论和信息论相结合的新的研究领域。
　　量子通信与传统通信技术相比，具有如下主要特点和优势。一是时效性高。量子通信的线路时延近乎为零，量子信道的信息效率相对于经典信道的信息效率高几十倍，传输速度快。二是抗干扰性能强。量子通信中的信息传输不通过传统信道，与通信双方之间的传播媒介无关，不受空间环境的影响，具有完好的抗干扰性能。三是保密性能好。根据量子不可克隆定理，量子信息一经检测就会产生不可还原的改变，如果量子信息在传输中途被窃取，接收者必定能发现。四是隐蔽性能好。量子通信没有电磁辐射，第三方无法进行无线监听或探测。五是应用广泛。量子通信与传播媒介无关，传输不会被任何障碍阻隔，量子隐形传态通信还能穿越大气层。因此，量子通信应用广泛，既可在太空中通信，又可在海底通信，还可在光纤等介质中通信。

　　光量子通信主要基于量子纠缠态的理论，使用量子隐形传态的方式实现信息传递。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。利用这个特性实现光量子通信的过程如下：事先构建一对具有纠缠态的粒子，将两个粒子分别放在通信双方，将具有未知量子态的粒子与发送方的粒子进行联合测量，则接收方的粒子瞬间发生坍塌，坍塌为某种状态，这个状态与发送方的粒子坍塌后的状态是对称的，然后将联合测量的信息通过经典信道传送给接收方，接收方根据接收到的信息对坍塌的粒子进行幺正变换（相当于逆转变换），即可得到与发送方完全相同的未知量子态。
　　量子通信技术是融合了现代物理学和光通信技术研究的成果，由物理学基本原理来保证密钥分配过程的无条件安全性。量子密钥分发根据所利用量子状态特性的不同，可以分为基于测量和基于纠缠态两种。基于纠缠态的量子通信在传递信息的时候利用了量子纠缠效应，即两个经过耦合的微观粒子，在一个粒子状态发生变化时，另一个会立刻发生相应的变化。因此，量子通信可将某信息的量子态安全传递到另外一个地方从而实现信息传递（量子隐形传态），或利用“不可分割、不可复制”的量子作为密钥实现点对点安全通信（量子密钥分发），为经典通信增加一把量子密码锁，保障信息安全传递。
　　量子通信是面向未来的全新通信技术，在安全性、高效性上具有经典通信无法比拟的优势。如今，发展量子通信技术已经成为事关提升国家信息技术水平、增强网络空间安全保障能力的战略事项。在相关产业背景下，量子保密通信，尤其是量子密钥分发网络及其融合应用部署，已成为国际行业竞争的战略技术热点。
　　量子通信所具有的无条件安全性，可以运用在军事领域中，用来传递各个区域或者各个国家之间的信息，保证通信安全。根据量子通信具有的突出优点和技术现状，基于光纤信道的量子通信技术已趋于成熟，可应用在构建通信密钥生成与分发系统等方面。
　　量子通信距普及应用时日久远，主要是如果要进行量子通信，需要双方都要有一台复杂的发送/接收设备，并且只能进行点对点的通信。另外，还需要防止量子保密通信被恐怖分子和间谍所利用，因为由此造成的损失是无法估量的。所以，即使量子通信设备像今天的宽带上网设备一样便宜好用了，量子通信也会被限制使用。