量子密码学习笔记-量子态与量子门

欢迎来到秃头少女谢广坤的博客,近期确定了自己研究生的方向,并开始了自己的自学了历程,下面简单总结一下这段时间自己学习的量子密码的基本知识:

1.量子密码的基本原理
先普及一下量子密码的背景知识,在量子计算机这个概念还没有出现以前,依赖大数分解的难度去保障数据的传输安全还是比较可靠的,但奈何时代发展太快,地球上存在太多聪明的生物,这就导致了量子计算机的出现,在量子计算面前,大数分解也不再话下,所以信息安全岌岌可危,人们于是又将自己的视野转向了量子密码,量子密码听上去非常的高大上,它确实也是非常的高大上,它的安全性依赖于海森堡测不准原理,量子的不可克隆特性以及量子的纠缠特性,下面我简单说一下我自己对这三个原理的理解,如果有错误的话,欢迎及时指正。
(1)海森堡测不准原理:对于未知的量子态,随机选取测量基对量子态进行测量,是会引起量子坍缩的;
(2)不可克隆原理:对于量子而言,是无法基于现有的量子比特去复制出一个完美的副本,因为测量量子态的过程势必会引起量子信息的改变;
(3)量子纠缠:对于量子纠缠我见过许多的解释,我个人感觉比较容易理解的就是,读者可以把处于纠缠态的粒子看作是两个心有灵犀的双胞胎,即使两个人隔着天涯海角,但是其中一个人的状态发生了变化,另一个人也能够感受得到并产生相应的变化,但要注意的是,量子坍缩是瞬时变化,与距离并没有很大的关系,但不能利用这个特性去进行所谓的量子通信,因为读者必须要明确,如果量子态发生了变化,那么其中的信息也一定会发生变化,那这样就是无法实现通信的。利用量子纠缠这个特性,也很容易确定处于纠缠态粒子的量子态,只需要测量其中一个粒子的量子态,另一个粒子的量子态也会随之确定
量子密码融合了经典密码学与量子力学的优势,安全性大部分取决于量子力学的基本特性,攻击者的计算能力并不能威胁到量子密码的安全性。同时量子密码在通信时可以防止第三方窃听,是一种绝对安全的保密通信方式,它具有入侵检测能力,在进行保密通信的时候可以实时检测通信内容是否有被监听,而经典密码体制不具备这种能力。

2.量子态
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在了解了什么是量子态之后,我们来说一下量子态的叠加原理,这是经典比特与量子比特最大的不同之处,在我们的思维中,经典比特要么是‘0’,要么是‘1’,但是对于量子比特而言它的状态就有很多种了,其中有一个很有趣的说法,就是我们抛硬币,在现实生活中,没有意外的话,硬币要么处于正面,要么处于反面,但是从量子比特思维来看,硬币可能处于这两种状态之间,用专业化的术语表示如下:
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3.单量子比特逻辑门
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(1)Pauli-X门
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(2)Pauli-Y门
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(3)Pauli-Z门
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(4)H门
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其中H门是非常重要的,做两次H门变换,相当于未进行操作,大家可以去搜一下它在Bloch球面上的表示,便于进一步的理解。

4.多量子比特逻辑门

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量子密码学习笔记-量子态与量子门_第10张图片
量子密码学习笔记-量子态与量子门_第11张图片

总结就到这里吧,这算是量子密码、量子计算很基础的一些知识了,这些图片都是我本科论文里面的,还有就是我之前看过的论文里面的,本来想把各种puali操作的具体计算过程分享给大家的,但是最近时间比较紧张,如果后期有时间的话,会补充的。最后大家如果对我写的有什么疑惑欢迎共同探讨,如果有什么错误,也欢迎指正,希望我的分享可以帮助到有需要的人。

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