量子資訊(科普向)

2021-09-25 00:27:24 字數 1675 閱讀 1814

量子是離散變化的最小單元

離散變化:統計人數只能乙個兩個,不能半個,此時乙個人就是乙個量子

沒有某種專門的粒子叫量子,不同語境對應不同的粒子

離散變化是微觀世界的乙個本質特徵,從而創立了「量子力學」,用來準確描述微觀世界的物理學理論,之前傳統的牛頓力學被稱為「經典力學」

量子力學和相對論是二十世紀的兩大科學革命,相對論是名氣較大用的少,量子力學是名氣較小用的多

電器導電性是由量子力學解釋的,電源、晶元、儲存器、顯示器的工作原理是基於量子力學的;走進乙個房間,鋼鐵、水泥、玻璃、塑料的性質是由量子力學決定的;運輸工具燃料的燃燒過程是由量子力學決定的;研製新的化學工藝、新材料、新藥都離不開量子力學

量子力學需要微分方程和線性代數做定量計算

如果兩個狀態是乙個體系允許出現的狀態,那麼他們的任意線性疊加也是這個體系允許出現的狀態

狄拉克符號:|>

如果乙個體系能夠處於 |0> 和 |1> ,那麼他也能處於任何乙個 a|0> + b|1> ,這樣的狀態稱為「疊加態」,這裡a和b的唯一限制是 |a|² + |b|² = 1 。

在「疊加原理」下,經典的位元變成了「量子位元」,乙個量子位元包含比乙個經典位元大得多的資訊量

取一組向量,如果其他所有的向量都能表示成這組向量的線性疊加,那麼這組向量就叫做「基組」,基組有無窮多個。

每一次測量都必須對應某個基組

如果測量的態不是基組中的乙個態(比如在 |0> 和 |1> 的基組中測量 a |0> + b|1> ,其中a,b都不等於0),這個態會發生坍縮,以|a|²的概率變成 |0> ,以|b|²概率變成 |1> 。

對於單獨一次實驗,無法**結果,只能**概率。由於只可能有兩種結果,所以這兩個概率相加等於1,這就是 |a|² + |b|² = 1 的原因。

坍縮之後,無論再測多少次,都是第一次測得的情況,不會變了

量子力學中,體系的狀態(態向量)可以用乙個函式來表示。單粒子體系的態函式是一元函式,多粒子體系的函式是多元函式。如果這個多元函式可以分離變數,就稱為「直積態」,不能分離稱為「糾纏態」。

|00>表示兩個粒子都處於|0>態,|00>,|01>,|11>,|10>都是直積態,對於直積態,測量粒子1的時候不會影響粒子2的狀態

|β00> = (|00> + |11>)/ √2,不能分離,是糾纏態,不能用「粒子1處於xx態,粒子2處於xx態」來描述。糾纏態無法**單次測量結果,但是可以確定粒子1變成什麼,粒子2同時也變成了什麼。兩者同步變化

對於 |β01> = (|01> + |10>)/ √2,測量時,粒子1變成什麼,粒子2就變成了相反的狀態。

明文換成密文需要兩個元素:變換的規則和變換的引數,前者是編碼的演算法,例如「在英文本母表上前進x步」,後者是金鑰,例如演算法裡的x這個數。

把希望寄託在演算法不洩露是靠不住的。

密碼學基本原則:在設計演算法時,必須假設敵人已經知道演算法和密文,唯一不知道的是金鑰,目標是讓敵人在這種情況下破譯不了密文

量子密碼術有若干種實現方法,不一定非要用到量子糾纏

絕大多數量子密碼術的實驗都是用單粒子方案(量子糾纏是多粒子體系的現象),基於量子糾纏的量子密碼術方案,就像用火箭送快遞一樣不實用

產生隨機數是對疊加態的測量(只需要三大奧義的疊加、測量)

密文即使被截獲也無法破譯

不會被計算技術的進步破解

沒有傳遞金鑰的信使

平時不需要儲存金鑰,使用時現場產生

如果有竊聽會被發現

量子計算科普整理

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