2022-2023学年高二物理竞赛课件：量子通讯与量子计算机

量子通讯与量子计算机 目 录 一、引 言 二、量子信息的特性 三、量子密码 四、量子通讯 五、量子计算机 六、结束语 2 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。 3  现有计算机的运算速度能无限制地增长吗？ 1965-1995年微处理器与存储器芯片集成度的提高基本符合Moore’s Law Gordon Moore，Intel公司的创始人之一 4  现有的密码体系是绝对安全的吗？ 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。 明文 明文 加密变换 脱密变换 密钥K 密钥K 密文 密文 公开信道 K K－1 5 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。 密钥可以克隆是密码体系不安全的根源。 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。 6 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。 7 量子力学的奇妙特性 量子力学是二十世纪初才诞生的，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 8 经典粒子 特性：每时刻的位置、速度完全确定，有确定 的运行轨迹，遵从牛顿力学。 9 微观粒子 特点：同时具有粒子性和波动性。 设想空间中有一个微观粒子，任何时刻有可能在空间中任何点探测到粒子（类似经典波的特性），但一旦探测到只能在其中一个探测器处发现该粒子（类似经典粒子的特性）。 C A B A,B,C,…为探测器 10 多次入射 （干涉现象） 遵从量子力学 微观粒子 一次入射 11 ● 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）。 12 $