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第2期“互联”学术沙龙—“量子密码和量子计算”顺利举行
( 发布日期:2020-10-29 阅读:次)

 题:量子密码和量子计算

 间:1028日(周三)13:30 - 15:30

主讲人:叶天语

 点:信电楼204会议室

记录人:耿茂洁、徐天婕、陈颖

 容:

量子密码和量子计算方面。量子密码术是基于单个光子的应用和它们固有的量子属性开发的不可破解的密码系统,因为在不干扰系统的情况下无法测定该系统的量子状态。理论上其他微粒也可以用,只是光子具有所有需要的品质,它们的行为相对较好理解,同时又是最有前途的高带宽通讯介质光纤电缆的信息载体。量子计算是一种遵循量子力学规律调控量子信息单元进行计算的新型计算模式。对照于传统的通用计算机,其理论模型是通用图灵机;通用的量子计算机,其理论模型是用量子力学规律重新诠释的通用图灵机。20198月,中国量子计算研究获重要进展:科学家领衔实现高性能单光子源。

首先老师先详细讲解了量子信息的数学基础知识,与我们的现有知识相结合,让我们与量子信息的距离不那么遥远。老师先从量子常见的符号和含义讲起,与矩阵相似,有转置和共轭的内容,量子里的一个状态向量实际就是Hilbert空间的一个向量,还讲解了内积和张量积的具体算法,以及完备正交基的概念,即向量两两正交,且任意一向量的模均为1,介绍了X基和Z基;老师也仔细地为我们演示了两量子比特与四个Bell态之间的转换过程;让人又一次觉得量子与我们联系紧密的是四个pauli算子的介绍,这属于量子的四种酉操作,实际就是2×2的矩阵;接着还为我们介绍了Hadamard门、控制-非门(C-NOT)、测量的概率问题、量子纠缠和纠缠交换;关于量子信息的数学基础,老师介绍了三大基本原理:定理一:测不准原理。定理二:一个未知的量子态不能被完全拷贝。定理三:没有测量能可靠区分非正交的量子态,但两个正交的量子态可以被可靠区分。

了解了一些量子基础知识之后,老师向我们阐述了量子技术的起源与应用发展。量子理论出现在20世纪的前25年,用来解释光和物质是如何运动的,它是有史以来发明得最成功的理论之一。现在,我们在量子设备控制下旅行,与由它们制成的手机通话、观看视频,并且用它们拍照。新一代的量子技术已经超越了单纯探索自然发生的量子效应,科研工作者正在驱动和启用新一代迄今为止还无法实现的设备和系统,从功能惊人的医疗成像设备到解决当前棘手问题的全新计算方法,这些都是通过量子效应去应用到下一代技术中去的。

 最后,老师对量子保密通信这块技术做了简要介绍。量子保密通信是以量子态为信息载体,利用量子纠缠效应、量子叠加等量子力学基本原理进行信息编解码、操纵控制和安全传输的一种新型通信方式。目前,量子通信中应用最广泛的技术便是量子密钥分发(Quantum Key Distribution, QKD)1984年,美国IBMBennett、加拿大Montreal大学的Brassard提出了量子密钥分发协议,这是第一个量子通信协议,协议中量子信道传输量子密钥,经典信道传输用于基矢比对测量、窃听检测的大量辅助信息,最终通信双方可以50%的概率成功获得随机共享的密钥。但是,这么高的失误率难以用来传递机密信息。

为实现机密信息的直接安全传输,科研工作者们便提出了量子安全直接通信,量子安全直接通信通过建立量子信道可直接传输机密信息,无需事先生成密钥,只在安全性检测、出错率估计时需要少量经典信息交换。因此,这两者区别在于,量子密钥分发要求能够检测出窃听者,放弃通信过程即可,而量子安全直接通信传递的是信息,要求在检测到窃听者之前没有泄露信息。

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参加人:研一研二部分学生

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