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量子計算
發布時間:2013-11-22 13:58:54 點擊瀏覽:
 量子計算是量子物理學向我們展示的又一種強大的能力。量子計算的概念最先由Richard Feynman提出,源自于對真實物理系統的模擬。模擬多粒子系統的行為時,描述系統的希爾伯特空間(Hilbert space)的維數會隨著粒子的數目成指數增長。而當需要模擬的粒子數目很多時,一個足夠精確的模擬所需的運算時間則變得相當可觀,甚至是不切實際的天文數字。例如,考慮模擬一個由40 個自旋為1/2 的粒子構成的量子系統,經典計算機至少需要內存為1000G比特,而計算時間演化則需要求一個維矩陣的指數,以目前的經典計算機水平將無法勝任此類任務。Feynman當時認為如果用量子系統所構成的計算機來模擬量子現象則運算時間可大幅度減少,從而量子計算機的概念誕生。
   Peter Shor提出的大數因式分解算法(Shor算法)第一次實際地揭示出量子計算的威力。RSA公鑰體系的安全性建立在兩個大質數的積易于得到而難于分解之上。利用經典THz計算機分解300位的10進制數,需計算1024步,耗時將達到150000年。因此對于經典計算機,RSA是安全的。然而,利用Shor算法THz計算機分解同樣的整數則只需計算1010步,耗時僅僅1秒!RSA公鑰體系的安全性將變得極其脆弱!
   此外,還有1997年由Grover提出的搜索算法。對于在大小為N的數據庫中搜索一個指定數據的運算,經典計算機需要N步,而按照Grover算法則只需要 步。比如當數據庫中有256個數的情況下,經典計算機需要100年才能完成這一搜索任務,而運行Grover算法的量子計算機只需要4分鐘!這意味著安全性依賴于密鑰難以被窮舉搜索的私鑰算法,其安全性也大大下降了!
   一旦量子計算機進入實用化階段,它的強大威力就會直接威脅到經典密碼體系的安全性,尤其是公鑰密碼體系。目前來看,保證通信安全性的唯一解決方案是發展量子通信技術。
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