量子计算机六PPT课件
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两经典粒子分离后就不关联，而两量子粒子处于纠 缠态（EPR粒子）时不论空间分离多开仍然存在量子关 联，对其中一个粒子施行作用必然会影响另一个粒子的 状态。
.
16
三、量子密码
采用量子态(量子比特)作为信息载体，经由量子 通道传送，在合法用户之间建立共享的密钥(经典随 机数)，这个密钥是安全的，任何窃听都会被发现。
C 10 C 2 1 , C 1 ,C 2 为 任 意 复 数 ,
C1 2 C2 2 1。（叠加态）
.
14
量子信息的单元 称为量子比特。
量子比特（即量子态）的物理载体：光子，电子，原 子，核自旋，… …
以量子态作为信息单元，“信息”就量子 化。
以“比特”作为信息单元的是经典信息， 以“量子比特”作为单元的是量子信息。
加密 密文 变换
K 密钥K
密文 公开信道
脱密 变换
明文
K－1
密钥K
密钥的安全性是核心问题。
所谓“绝对安全”是指能经受物理定律所允许的攻击 而不被破译。
.
4
密钥可以克隆是密码体系不安全的根源。
公开密钥RSA体系－基于“大数因子分解”这类 难以计算的数学问题，并不是严格意义上的绝对安全。
一直在国际上广泛应用的两大密码算 法MD5、SHA－1，近期宣布被王小云 教授破解。 2004年8月，王小云在国际 密码大会上首次宣布了对MD5、HAVAL －128、MD4和RIPEMD等四个著名密 码算法的破译结果。
为全人类带来更丰富的高科 技成果。
.
13
量子信息与经典信息的根本区别
经典信息
二进制0或1组成的数字串，其信息 单元称为“比特”，为0或者1。
用量子的语言可描述为态 0 和 1 。 经典粒子只能处在 0 或 1 之中的一个态 上。
量子信息
微观粒子允许同时处在 0 和 1 两个 态上，这是其波粒二象性的结果。
按照常理，信息的传播需要载体，而量子通信是 不需要载体的信息传递。从物理学角度，可以这样来 想象隐形传送的过程：先提取原物的所有信息，然后 将这些信息传送到接收地点，接收者依据这些信息， 选取与构成原物完全相同的基本单元（如：原子）， 制造出原物完美的复制品。
.
3
现有的密码体系是绝对安全的吗？
明文
.
2
量子通信又称量子隐形传送，“teleportation”一 词是指一种无影无踪的传送过程。量子通信是由量子 态携带信息的通信方式，它利用光子等基本粒子的量 子纠缠原理实现保密通信过程。量子通信是一种全新 通信方式，它传输的不再是经典信息而是量子态携带 的量子信息，是未来量子通信网络的核心要素。
量子安全体系
量子
量子 量子
…
身份
比特 对策
…
认证
承诺
论
…
…
.
18
量子密码通信是
目前唯一被证明绝 对安全的保密通信 方法,美国《商业周 刊》把它列在了改 变人们未来生活的 十大发明的第三位 。
.
19
四、量子通讯
1、量子隐形传态 （Quantum Teleportation）
长期以来，这种隐形传物无 论用经典方法或量子方法都认为 是不可能的，只是“科学幻想” 或“神话”而已。
量子通信
一、引 言 三、量子密码 五、量子计算机
二、量子信息的特性 四、量子通讯 六、结束语
.
1
一、引言
信息科学面临挑战
信息科学在改善人类生活质 量和推进社会文明发展中发挥着 无可比拟和令人惊叹的作用，但 在信息化的进程中人类也面临越 来越严重的问题，如当今信息系 统的处理能力已接近极限值的程 度。
.
9
量子信息科学
——它是量子物理与信息科学相结合的产物。
量
量
量
子
子
子
密
通
计
码
讯
算
.
10
近年来，量子信息在理论 和试验研究上取得重要突破，
引起各国政府、科学界、信息产业界 的高度重视。
人们坚信，信息技术的发展 将从经典跨越到量子的时代。
.
11
二、量子信息的特性
何谓“信息”？
——信息就是我们在适应外部世界和控制外 部世界的过程中，同外部世界进行交换的内 容和名称。
地
木
球
星
.
20
1993年美国IBM的著名科学家Bennet等 四个国家的六位科学家联名在《Physical Review Letters》上发表了一篇开创性论文： “经由经典和EPR通道传送未知量子态”，提 出了一种方法可以将某个粒子的未知量子态 (知未量子比特)传送给远处的另一个 粒子，使该粒子处在这个未知量子
.
5
❖ 2005年2月7日，美国国家标准技术研究 院发表申明，SHA－1没有被攻破，并且没有 足够的理由怀疑它会很快被攻破，开发人员 在2010年前应该转向更为安全的SHA－256 和SHA－512算法。而仅仅在一周之后，王 小云就宣布了破译SHA－1的消息。
❖
诸如此类问题对现有信息技术提出严峻的 挑战。未来信息技术的持续发展要求开拓新 的原理和方法。
“信息就是信息，既不是物质，也不是能 量”。 自然界有三要素：物质、能量和信息。 相应有三个学科：材料科学、能量科学和信息科学。
.
12
20世纪人类把量子力学应用于物质 科学和能源科学，导致了构成当代文 明社会的高科技成果，如核能、半导 体、激光等。
21世纪人类将量子力学应用于信 息科学，导致量子信息的诞生，这将
量子信息是经典信息的完善和扩充，正如复数z=x+iy 是实数x，y的完善和扩充。
因此，量子信息遵从量子力学规律。
.
15
信息传输：量子态在量子通道中传送
信息处理(计算)：量子态幺正演化
信息提取：量子测量
于是，奇特的量子性质就可以产生新的信息功能。
如，经典信息可以克隆，而量子信息是不可克隆的 （量子不可克隆定理）。
其安全性由量子力学原理所保证：
窃听者若企图通过对量子态的测量来窃 取信息，则必然会干扰这个量子态本身， 从而会留下痕迹而被合法用户发现。
窃听者若企图通过复制传送密钥的量子 态来获得信息，此时量子不可克隆定理 确保这种复制不可能成功。
.
17
因此，量子密码术原则上可以提供不可破 译、不可窃听的保密通信体系。目前中国科大已 在光纤中成功地实现125公里量子密钥传输，在 自由空间中实现13公里传送。
.ห้องสมุดไป่ตู้
6
量子力学的奇妙特性
量子力学是20世纪初才诞生的， 是近代物理学两大支柱之一。
经典力学：宏观物质的运动规律。 量子力学：微观粒子的运动规律——自然界的运动规律。
.
7
●经典粒子在某个时刻只能处于确定的 物理状态上；
●量子粒子则可以同时处于各种可能的物 理状态上（叠加态）。
.
8
量子信息应运而生
量子特性应用到信息领域中可以发挥 出独特的功能，在提高运算速度、确保信 息安全、增大信息容量等方面可以突破现 有的经典信息系统的极限，于是诞生了一 门新兴的交叉学科：
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三、量子密码
采用量子态(量子比特)作为信息载体，经由量子 通道传送，在合法用户之间建立共享的密钥(经典随 机数)，这个密钥是安全的，任何窃听都会被发现。
C 10 C 2 1 , C 1 ,C 2 为 任 意 复 数 ,
C1 2 C2 2 1。（叠加态）
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量子信息的单元 称为量子比特。
量子比特（即量子态）的物理载体：光子，电子，原 子，核自旋，… …
以量子态作为信息单元，“信息”就量子 化。
以“比特”作为信息单元的是经典信息， 以“量子比特”作为单元的是量子信息。
加密 密文 变换
K 密钥K
密文 公开信道
脱密 变换
明文
K－1
密钥K
密钥的安全性是核心问题。
所谓“绝对安全”是指能经受物理定律所允许的攻击 而不被破译。
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密钥可以克隆是密码体系不安全的根源。
公开密钥RSA体系－基于“大数因子分解”这类 难以计算的数学问题，并不是严格意义上的绝对安全。
一直在国际上广泛应用的两大密码算 法MD5、SHA－1，近期宣布被王小云 教授破解。 2004年8月，王小云在国际 密码大会上首次宣布了对MD5、HAVAL －128、MD4和RIPEMD等四个著名密 码算法的破译结果。
为全人类带来更丰富的高科 技成果。
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量子信息与经典信息的根本区别
经典信息
二进制0或1组成的数字串，其信息 单元称为“比特”，为0或者1。
用量子的语言可描述为态 0 和 1 。 经典粒子只能处在 0 或 1 之中的一个态 上。
量子信息
微观粒子允许同时处在 0 和 1 两个 态上，这是其波粒二象性的结果。
按照常理，信息的传播需要载体，而量子通信是 不需要载体的信息传递。从物理学角度，可以这样来 想象隐形传送的过程：先提取原物的所有信息，然后 将这些信息传送到接收地点，接收者依据这些信息， 选取与构成原物完全相同的基本单元（如：原子）， 制造出原物完美的复制品。
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现有的密码体系是绝对安全的吗？
明文
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量子通信又称量子隐形传送，“teleportation”一 词是指一种无影无踪的传送过程。量子通信是由量子 态携带信息的通信方式，它利用光子等基本粒子的量 子纠缠原理实现保密通信过程。量子通信是一种全新 通信方式，它传输的不再是经典信息而是量子态携带 的量子信息，是未来量子通信网络的核心要素。
量子安全体系
量子
量子 量子
…
身份
比特 对策
…
认证
承诺
论
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量子密码通信是
目前唯一被证明绝 对安全的保密通信 方法,美国《商业周 刊》把它列在了改 变人们未来生活的 十大发明的第三位 。
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四、量子通讯
1、量子隐形传态 （Quantum Teleportation）
长期以来，这种隐形传物无 论用经典方法或量子方法都认为 是不可能的，只是“科学幻想” 或“神话”而已。
量子通信
一、引 言 三、量子密码 五、量子计算机
二、量子信息的特性 四、量子通讯 六、结束语
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一、引言
信息科学面临挑战
信息科学在改善人类生活质 量和推进社会文明发展中发挥着 无可比拟和令人惊叹的作用，但 在信息化的进程中人类也面临越 来越严重的问题，如当今信息系 统的处理能力已接近极限值的程 度。
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9
量子信息科学
——它是量子物理与信息科学相结合的产物。
量
量
量
子
子
子
密
通
计
码
讯
算
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近年来，量子信息在理论 和试验研究上取得重要突破，
引起各国政府、科学界、信息产业界 的高度重视。
人们坚信，信息技术的发展 将从经典跨越到量子的时代。
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二、量子信息的特性
何谓“信息”？
——信息就是我们在适应外部世界和控制外 部世界的过程中，同外部世界进行交换的内 容和名称。
地
木
球
星
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1993年美国IBM的著名科学家Bennet等 四个国家的六位科学家联名在《Physical Review Letters》上发表了一篇开创性论文： “经由经典和EPR通道传送未知量子态”，提 出了一种方法可以将某个粒子的未知量子态 (知未量子比特)传送给远处的另一个 粒子，使该粒子处在这个未知量子
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❖ 2005年2月7日，美国国家标准技术研究 院发表申明，SHA－1没有被攻破，并且没有 足够的理由怀疑它会很快被攻破，开发人员 在2010年前应该转向更为安全的SHA－256 和SHA－512算法。而仅仅在一周之后，王 小云就宣布了破译SHA－1的消息。
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诸如此类问题对现有信息技术提出严峻的 挑战。未来信息技术的持续发展要求开拓新 的原理和方法。
“信息就是信息，既不是物质，也不是能 量”。 自然界有三要素：物质、能量和信息。 相应有三个学科：材料科学、能量科学和信息科学。
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20世纪人类把量子力学应用于物质 科学和能源科学，导致了构成当代文 明社会的高科技成果，如核能、半导 体、激光等。
21世纪人类将量子力学应用于信 息科学，导致量子信息的诞生，这将
量子信息是经典信息的完善和扩充，正如复数z=x+iy 是实数x，y的完善和扩充。
因此，量子信息遵从量子力学规律。
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信息传输：量子态在量子通道中传送
信息处理(计算)：量子态幺正演化
信息提取：量子测量
于是，奇特的量子性质就可以产生新的信息功能。
如，经典信息可以克隆，而量子信息是不可克隆的 （量子不可克隆定理）。
其安全性由量子力学原理所保证：
窃听者若企图通过对量子态的测量来窃 取信息，则必然会干扰这个量子态本身， 从而会留下痕迹而被合法用户发现。
窃听者若企图通过复制传送密钥的量子 态来获得信息，此时量子不可克隆定理 确保这种复制不可能成功。
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因此，量子密码术原则上可以提供不可破 译、不可窃听的保密通信体系。目前中国科大已 在光纤中成功地实现125公里量子密钥传输，在 自由空间中实现13公里传送。
.ห้องสมุดไป่ตู้
6
量子力学的奇妙特性
量子力学是20世纪初才诞生的， 是近代物理学两大支柱之一。
经典力学：宏观物质的运动规律。 量子力学：微观粒子的运动规律——自然界的运动规律。
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●经典粒子在某个时刻只能处于确定的 物理状态上；
●量子粒子则可以同时处于各种可能的物 理状态上（叠加态）。
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量子信息应运而生
量子特性应用到信息领域中可以发挥 出独特的功能，在提高运算速度、确保信 息安全、增大信息容量等方面可以突破现 有的经典信息系统的极限，于是诞生了一 门新兴的交叉学科：