量子计算机六
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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。
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。
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。
地
木
球
星
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(未
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。
C 10 C 2 1 , C 1 ,C 2 为 任 意 复 数 ,
C1 2 C2 2 1。（叠加态）
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。
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。
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
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。
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。 “信息就是信息，既不是物质，也不是能量”。
❖ 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。
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。
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 为全人类带来更丰富的高科 技成果。
量子信息与经典信息的根本区别
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。
量子安全体系
量子 身份 认证
量子 比特 承诺
量子 对策 论
… … … …
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。
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Hale Waihona Puke Baidu规律。 量子力学:微观粒子的运动规律——自然界的运动规律。
●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）。
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:
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。
现有的密码体系是绝对安全的吗?
明文
加密 密文 变换
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。
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。
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
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。
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。
因此,量子信息遵从量子力学规律。
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）。 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。
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。
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。
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。
地
木
球
星
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(未
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。
C 10 C 2 1 , C 1 ,C 2 为 任 意 复 数 ,
C1 2 C2 2 1。（叠加态）
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。
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。
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
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。
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。 “信息就是信息，既不是物质，也不是能量”。
❖ 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。
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。
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 为全人类带来更丰富的高科 技成果。
量子信息与经典信息的根本区别
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。
量子安全体系
量子 身份 认证
量子 比特 承诺
量子 对策 论
… … … …
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。
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Hale Waihona Puke Baidu规律。 量子力学:微观粒子的运动规律——自然界的运动规律。
●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）。
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:
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。
现有的密码体系是绝对安全的吗?
明文
加密 密文 变换
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。
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。
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
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。
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。
因此,量子信息遵从量子力学规律。
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）。 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。