量子计算机详解

量子密码术
最初的量子密码通信利用的都是光子的偏振 特性，在长距离的光纤传输中，光的偏振性 会退化，造成误码率的增加。
目前主流的实验方案则用光子的相位特性进 行编码。与偏振编码相比，相位编码的好处 是对光的偏振态要求不那么苛刻。
目前，在量子密码术实验研究上进展最快的 国家为英国、瑞士和美国。
量子通信
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主要内容
量子计算机的发展及现状
从计算机科学表述的量子力学原 理
量子计算基础 量子算法举例—shor算法 参考文献
量子力学原理
量子计算机以量子力学建立逻辑体系，与 量子计算机有关的量子力学的原理，即量 子状态的主要性质包括：
●状态叠加
●干涉性
●不可复制性与不确定性
● 纠缠 ●状态变化
量子力学原理
量子计算机
进入20世纪90年代，实验技术和理论模 型的进步为量子计算机的实现提供了可能。
要使量子 计算成为现实，一个核心问题就 是克服消相干。而量子编码是迄今发现的 克服消相干 最有效的方法。主要的几种量 子编码方案是：量子纠错码、量子避错码 和量子防错码。
量子计算机
目前已经提出的在实验上实现对微观量子态的 操纵方案主要利用了原子和光腔 相互作用、冷 阱束缚离子、电子或核自旋共振、量子点操纵、 超导量子干涉等。
三大热点 量子计算机 量子密码术 量子通信
量子计算机
20世纪后半页计算机技术大行其道，人类 进入信息时代。随着计算机芯片的集成度 越来越高元件越做越小，集成电路技术现 在正逼近其极限 。
原件小型化过程
量子计算机
从大规模集成电路的发展史看，单粒子晶 体管似乎是必然趋势。当一个晶体管里包 含的杂质电子数目只有一个或少数几个时， 量子行为便为主要性质，这时计算方式必 然要用量子力学才能正确处理。
量子通信系统的基本部件包括量子态发生器、 量子通道和量子测量装置。
按其所传输的信息分为两类：经典量子通信 和量子通信。
经典量子通信主要用于量子密钥的传输 。
量子通信
量子通信可用于量子隐形传送和量子纠缠的 分发。
隐形传送指的是脱离实物的一种“完全”的 信息传送。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，制造出原物完美的复制品。
尤其值得一提的是1994年美国贝尔实验室的 Peter W. Shor证明运用量子计算机能有效地进 行大数的因式分解。
量子计算机
几年后Grover提出“量子搜寻算法”，可 以破译DES密码体系。
于是各国政府纷纷投入大量的资金和科研 力量进行量子计算机的研究美，英，德， 法，加拿大，日本，中国大陆，台湾，新 加坡，印度等已先后成立专门研究量子计 算机的研究群。
量子通信
量子力学的不确定性原理不允许精确地提取 原物的全部信息，这个复制品不可能是完美 的。因此长期以来，隐形传送不过是一种 幻 想而已。
1997年，在奥地利留学的中国青年学者潘建 伟与荷兰学者波密斯特等人合作，首次实现 了未知量子态的远程传输。这是国际上首次 在实验上成功地将一个量子态从甲地的光子 传送到乙地的光子上。
量子计算机
Deutch 指出,这种以量子力学原理決定的计算 过程 (即量子计算) 很多方面体现出与经典计算 非常不同的行为。
八十年代初期，一些物理学家证明一台计算机 原则上可以以纯粹的量子力学的方式运行
之后很长一段时间，因为科学家们不能找到实 际的系统可供进行量子计算机的实验，而且还 尚不清楚量子计算机解决数学问题是否会比常 规计算机快，这一研究领域渐趋冷清。
量子力学原理
干涉性 状态叠加时，依各状态间的相位关系可能 出现相长或相消的状态，这是经典计算机 的布尔状态所不具备的特征。
状态变化 量子依照幺正变换法则，有系统的汉密尔 顿算子决定其变化。
量子力学原理
干涉性，状态变化这两个性质是量子并行 计算的基础，因为系统的各个状态按照幺 正变换同时变化，故一次量子计算可以同 时作用在多个数据上。
1984年，贝内特和布拉萨德提出了第一 个量子密码术方案，称为BB84方案，由 此迎来了量子密码术的新时期。
1992年，贝内特又提出 一种更简单，但 效率减半的方案，即B92方案。
量子密码术
量子密码术并不用于传输密文，而是用于 建立、传输密码本。根据量子力学的不确 定性原理以及量子不可克隆定理，任何窃 听者的存在都会被发现，从而保证密码本 的绝对安全，也就保证了加密信息的绝对 安全。
量子密码术
量子密码术是密码术与量子力学结合的产物， 它利用了系统所具有的量子性质。
首先想到将量子物理用于密码术的是美国科 学家威斯纳。
1970年 ，威斯纳提出，可利用单量子态制 造不可伪造的“电子钞票”。但这个设想的 实现需要长时间保存单量子态，不太现实。
量子密码术
贝内特和布拉萨德在研究中发现，单量子 态虽然不好保存但可用于传输信息。
状态叠加 設 {|n>}為可能的量子状态,則{∑iaik|k}也
是一个可能的量子状态。对应于量子计算,这 表示量子计算机可以代表经典计算机的很多 状态。
它使得大规模的量子并行存储成为可行, 如 n 能阶系統至少可存 2n个数据, 由于理论上 n无上限。 因此, 可以利用此特性作大规模 的存储。又由于各状态之间有相位相干,存储 过程是平行的。
早在60年代, Landauer就已研究计算过程 的可逆性与统计力学的关系。量子计算机 的概念源于对可逆计算机的研究 。
量子计算机
早期量 子计算机，实际上是用量子力学语 言描述的经典计算机，并没有用到量子力 学的本质特性，如量子态的叠加性和相干 性。
Feynman，Fredkin，Toffoli 等人考虑由量 子力学原理确定计算规则发生的现象后,发 现计算理论与物理学规律密不可分。
量子计算机
林晓菲 2004-05-14
主要内容
量子计算机的发展及现状 从计算机科学表述的量子力学原理 量子计算基础 量子算法举例—shor算法 参考文献
主要内容
量子计算机的发展及现状
从计算机科学表述的量子力学原理 量子计算基础 量子算法举例—shor算法 参考文献
量子计算机的发展及现状