量子计算机的功能与应用前景

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量子密码通信原理及应用前景探究

作者：侯林林

来源：《科学之友》2009年第04期

摘 要：文章主要介绍量子密码通信研究的历史，量子密钥生成和分发的基本原理以及相关的实验进展。首先介绍了经典密码学的基本原理及其保密方式，经典密码通信对更高安全性的追求，为量子密码通信的出现以及研究做了一个铺垫。根据量子力学中的海伯森不确定性原理，量子不可克隆原理，任何人都不可能窃听量子密码通信中的信息而不被发现。文章主要围绕BB84协议与B92协议，以及EPR佯谬的基本原理来展开讨论。在此基础之上介绍了当前世界范围内相应的实验研究及研究成果，并详细介绍了量子密码通信在国内的有关实验及研究成果。最后展望了量子密码通信的发展前景和今后的发展方向。关键词：密码学；量子不确定性原理；量子密钥；量子密钥分配

中图分类号：TN913文献标识码：A文章编号：1000-8136(2009)11-0143-02

1917年，英国破译了德国外长齐默尔曼的电报，促成了美国对德宣战。1942年，美国从破译日本海军密报中，获悉日军对中途岛地区的作战意图和兵力部署，从而能以劣势兵力击破日本海军的主力，扭转了太平洋地区的战局。在保卫英伦三岛和其他许多著名的历史事件中，密码破译的成功都起到了极其重要的作用，这些事例也从反面说明了密码保密的重要地位和意义。

1 经典密码通信原理

保密通信的目的是让通信双方互相交流信息而不让非法第三者窃取或破坏信息的内容。早密码中，发送者、接受者及窃听者各有惯用名，分别取为Alice，Bob和Eve，以下简称Ａ，Ｂ和Ｅ。 龙源期刊网

通常说的对信息加密就是对信息明文M惊醒数据的变换GＫ，得出密文C：GＫ（M）＝C

密文发给合法的接受者，通过逆变换进行解密，恢复原明文M：GＫ－１（C）＝M．

量子计算机的概念与发展

随着科技的飞速发展，计算机的功能与性能也在得到迅速的提升。在计算机的发展史上，量子计算机是一项非常重要的技术，它将计算机领域推向了一个全新的层次。本文将探讨量子计算机的概念与发展。

一、量子计算机的概念

量子计算机是一种基于量子力学原理设计的计算机。相比于传统的计算机，它不仅有更高的计算速度，而且在处理某些类型的问题时，它的表现要比传统计算机强得多。

量子计算机的基本单元是量子比特（qubit）。传统计算机使用的是二进制比特（bit），即0和1表示两种状态。而量子比特具有超级叠加性和纠缠性，即它们可以同时处于0和1的状态，而且它们之间也可以产生神秘的纠缠态。这些特性让量子计算机在某些情况下可以完成传统计算机所无法完成的任务。

二、量子计算机的发展历程

量子计算机的发展历程可以追溯到上世纪八十年代。当时，理论物理学家理查德·费曼就指出，利用量子力学的原理，可以设计出一种极其高速的计算机。但是，由于那个时候的科技还无法达到实现这种计算机的要求，因此这个想法一直只是停留在理论层面。

直到二十世纪九十年代，科学家们逐渐发现了量子计算机的实现方法。朗之万（Peter Shor）在1994年提出了利用量子计算机进行因数分解的算法，这个算法可以用来破解当时使用的一种非常安全的加密算法（RSA）。

在此之后，科学家们开始大力研究量子计算机的制造和应用。第一个量子计算机原型于1998年诞生，但它只能用来解决一些简单的问题。之后，越来越多的科学家开始进入这个领域，他们设计出了更加复杂的量子计算机，并且成功用它们来解决了一些现实生活中的问题。

三、量子计算机的应用领域

量子计算机的应用领域非常广泛。例如，在科学计算领域，量子计算机可以用来模拟复杂的分子结构，预测天气变化趋势等。在线安全方面，利用量子计算机的协议可以解决一些传统加密算法无法避免的漏洞。

此外，量子计算机还可以应用于机器学习、人工智能、量子通信等领域，展示了非常广阔的前景。特别是在量子通信领域，量子计算机具有更加安全和高效的通信方式，将成为未来通信领域的主要方式。

本 科 课 程 论 文

课程名称： 军事通信基础

学 员: 李 钊 学 号： ************

培养类型： “4+1”合训 年 级： 2011 级

专 业： 应用物理 所属学院： 九 院

指导教员： 秦长江 职 称： 讲 师

教 室： 305-106 上交日期： 2014.03.25

国防科学技术大学训练部制

量子通信技术发展及军用应用前景

摘要：军事通信是现代战争的核心之一，高效且安全的军事通信是确保打赢信息化战争的重要前提，因此，要保证军事通信安全就显得尤为必要。本文简要介绍了量子通信的特点及发展现状,展望了量子通信的应用前景。

关键词：军事通信 量子通信 应用前景

1991年爆发的海湾战争使全世界第一次惊叹信息和信息系统在战争中的关键作用。时隔10年,2001年爆发的阿富汗战争又首次向全世界显示了网络的威力,

在此期间还有北约对科索沃的空袭。这几次局部战争都证明了, 可靠的通信是赢得胜利的基础,“仗靠三军打、胜由信息通”的道理已为世人所接受。军事通信是现代战争的核心，我军要实现跨越式发展、打赢信息化战争，首先就要提高军事通信能力。目前，军事通信有卫星通信、视频通信等等。然而在所有的军事通信技术中显然安全是军事通信的第一要求,而量子通信可以做到绝对安全。量子通信是面向未来的全新通信技术, 在安全性、高效性方面具有经典通信无法比拟的优势, 它对未来军事通信发展的影响不可估量。

目前，量子通信尚无严格的定义。物理上，量子通信可以被理解为在物理极限下，利用量子效应实现的高性能通信。信息学上，我们则认为量子通信是利用量子力学的基本原理（如量子态不可克隆原理和量子态的测量塌缩性质等）或者利用量子态隐形传输等量子系统特有属性，以及量子测量的方法来完成两地之间的信息传递。

量子计算机的意义和前景

随着时代的变迁，我们逐渐意识到传统计算机所能解决的问题存在着局限性，而量子计算机正是在这个背景下应运而生。量子计算机是一种基于量子力学原理的计算机，可以同时处理多条信息，比传统计算机具有更快，更高效，更精度的运算能力，这使得它的应用场景更加广泛，也更具有前瞻性。

首先，量子计算机在加密技术领域具有显著的优势。传统的加密技术方式就是采用一种随机数对明文进行加密，而加密过程的难度在于如何选择一组好的密钥。这时候就需要利用复杂的数学公式和算法来确保密钥的安全。而由于量子计算机的极快计算速度，其破解传统加密方式的速度也是传统计算机无法比拟的，因此未来我们可以期待更加先进的量子加密技术得到广泛的应用，保障数据的安全。

其次，量子计算机在优化算法和模拟物理现象方面同样表现出了前所未有的优势。传统计算机基于二进制逻辑，而量子计算机利用量子比特的叠加态和纠缠态的性质，可以替代现有的算法，通过更加高效的方法实现优化问题解决，这将带来全新的处理方式。在模拟物理现象方面，由于量子计算机可以处理更多的数据，并更真实地反映事物的本质，因此，它可以更好地适用于模拟和开发新型材料，解决更为直接的物理问题。

再者，在人工智能领域中，量子计算机也正逐渐发挥着重要的作用。量子计算机的高效运算能力意味着，大量数据的处理和分析可以被迅速地完成，从而实现更快，更高效的人工智能算法。同时，量子计算机也可以帮助我们更好地处理海量的信息，识别隐藏的数据模式，进一步提高人工智能的准确性和广度，开发出更富有创意的AI应用。

总的来说，在科技的发展过程中，计算能力是一个重要指标。量子计算机的兴起，将极大地推动科学技术的发展和社会进步，从科研到工程应用，都将受益于其精度，速度和高效性。无论是在军事防御，医学诊断，探索宇宙等领域，量子计算机都将发挥更广泛和更重要的作用，为人类带来更加广阔的未来发展前景。