2021-2022学年高二物理竞赛课件：量子计算机与信息安全

1、量子计算机与信息安全1量子理论的成功（描述微观世界）人们承认其规则有效，但对Copenhagen学派的解释(不确定性+测量),当时许多物理学家，包括薛定谔、爱因斯坦都提出了质疑。放射性原子盒子盖格计数器+ 控制装置氰化物瓶子盒中原子: 放射衰变 量子过程, |态 (|衰变 +|未衰变)/2薛定谔猫箱中猫 盖格计数管+控制装置 |猫态 (|死猫|衰变 +|活猫|未衰变)/23 Richard P. Feynman Feynman试图用传统计算机模拟量子力学对象行为。但这样的模拟计算量太大。Feynman想到：如果在算出量子力学的过程中需要大量计算，那么搭建一个实验，测量其结果，正恰好相当于从初始

2、条件起完成了一次计算。量子计算机概念的提出物理体系的模拟必须使用以量子力学原理直接计算的计算机；300个粒子体系的状态需要2300 1090，超过宇宙中的原子的总数2 Bits 2 Qubits 1 0 0/1 0/1量子计算机的核心 量子 + 比特，存储能力和处理速度实现指数式提升1 0Single spin in Q-dotDaniel LossproposalF. H. L. Koppens et. al. Nature, 442, 766 (2006)现实中的量子比特量子计算机的算法突破61994年，P. Shor 发明了第一种有很强实用性的量子计算机算法，其高效率的因式分解法可分解大

3、数，它能在几秒内破译常规计算机“无法破译”的密码。现有的银行交易和网络支付都是采用RSA加密体系，其安全性是基于大数质因子分解的复杂度。计算速度可提高10亿倍,1个400位长的数分解成质数乘积，采用巨型机需10亿年，量子计算机只要1年。量子位储存能力大大提高。可完成一些传统计算机无法完成的计算：高效率模拟、模拟量子系统；几十个粒子体系低能耗：计算机幺正变换，是可逆的。 举例：质数因子分解75330231491101128009879963202548975252155683357807682678173187066634289660778164201078850789位173543546594

4、13969980779295470867601335932091552084649质数因子1：质数因子2：3071408643945001511536779858271361443在P4 2.66G，256M内存，WIN2000下面完成的，使用内存93M，用时：4895.848717 分钟 81.6小时 3.4天时间消耗量子计算机的算法突破81994年，P. Shor 发明了第一种有很强实用性的量子计算机算法，其高效率的因式分解法可分解大数，它能在几秒内破译常规计算机“无法破译”的密码。现有的银行交易和网络支付都是采用RSA加密体系，其安全性是基于大数质因子分解的复杂度。计算速度可提高10亿倍,1个400位长的数分解成质数乘积，采用巨型机需10亿年，量子计算机只要1年。量子位储存能力大大提高。可完成一些传统计算机无法完成的计算：高效率模拟、模拟量子系统；几十个粒子体系低能耗：计算机幺正变换，是可逆的。 量子计算机发展轨迹量子计算商用机 （D-Wave）D-Wave公司于2007年1月首次发布了16量子位量子计算机处理器后来又增加了量子位数，于2009年11月开发出了128量子位的处理器“RAINIER”2012年9月开发出了512量子位的处理器“Vesuvius”，并且还实现了产品化量子计算机发展轨迹量子计算商用机 （D