量子力學應用簡介資料講解

量子力學應用簡介穿遂效應一個雙壁結構，中間包含一個量子井，具有相當于量子井中能量的電子可以很容易穿遂通過這個結構。2穿遂效應3掃描隧道顯微鏡（STM）在金屬探針及導電樣品間加上小電壓，并將兩者的距離維持在數(shù)埃到數(shù)十埃之間，是探針尖端原子與樣品表面的量子穿遂電流保持恒定值，而測得表面結構形狀，具有原子解析度。4STM的基礎框架5STM的應用進行原子表面修飾和單原子操縱，具有十分廣闊的應用前景。原子操縱最主要的目的是記憶體的制造與讀取，每個有原子的位置相當于零。6原子操縱技術1990年，IBM研究人員首次在金屬鎳表面用35個惰性氣體氙原子組成“IBM”三個英文字母。后來，又搬移近百顆鐵原子形成“原子”二字。此結果成為雜志及國際研討會的封面圖案。7現(xiàn)有的相關技術----量子計算機一、量子計算機，顧名思義，就是實現(xiàn)量子計算的機器。二、全球第一臺量子計算機:由加拿大科技公司D-Wave，正式對外公布三、目前發(fā)展問題:

1.只要受到任何一點微干擾，馬上會死機，過熱。2.穩(wěn)定度不夠。

3.需在零下273度（絕對零度）下運作。

傳統(tǒng)計算機量子計算機1、在同一個上能能表示00、01、10和11中的一種狀態(tài)。2、因數(shù)分解執(zhí)行速度慢1、N個存儲位元可以同時儲存2N個資料2、在一個時間上可以同時表示00、01、10和11四種狀態(tài)3、資料傳送能以接近光速的速度進行4、執(zhí)行度是目前電腦的2的N次方8經(jīng)典計算機的特點（1）其輸入態(tài)和輸出態(tài)都是經(jīng)典信號，用量子力學的語言來描述，也即是:其輸入態(tài)和輸出態(tài)都是某一力學量的本征態(tài)。如輸入二進制序列0110110，用量子記號，即|0110110＞。所有的輸入態(tài)均相互正交。對經(jīng)典計算機不可能輸入如下疊加態(tài)：C1|0110110＞＋C2|1001001＞。（2）經(jīng)典計算機內(nèi)部的每一步變換都將正交態(tài)演化為正交態(tài)，而一般的量子變換沒有這個性質(zhì)，因此，經(jīng)典計算機中的變換（或計算）只對應一類特殊集。9量子計算機的特點[1]量子計算機的輸入態(tài)和輸出態(tài)為一般的疊加態(tài)，其相互之間通常不正交；[2]量子計算機中的變換為所有可能的么正變換。得出輸出態(tài)之后，量子計算機對輸出態(tài)進行一定的測量，給出計算結果。10比較

由此可見，量子計算對經(jīng)典計算作了極大的擴充，經(jīng)典計算是一類特殊的量子計算。量子計算最本質(zhì)的特征為量子疊加性和相干性。量子計算機對每一個疊加分量實現(xiàn)的變換相當于一種經(jīng)典計算，所有這些經(jīng)典計算同時完成，并按一定的概率振幅疊加起來，給出量子計算機的輸出結果。這種計算稱為量子并行計算。量子并行處理大大提高了量子計算機的效率，使得其可以完成經(jīng)典計算機無法完成的工作。11量子算法1994年PeterShor發(fā)現(xiàn)能快速完成因數(shù)分解的第一個量子算法，其可用來迅速破解現(xiàn)在的RSA資料加密系統(tǒng)。1996年LovGrover發(fā)現(xiàn)資料快速搜尋的量子演算法，加速了資料搜尋的速度，進而推廣到多方面的應用。12量子計算機模擬圖13全球首臺商用量子計算機

硅芯片以及負責制冷的超低溫設備承載16個量子位的硅芯片

14通訊中的量子加密現(xiàn)代的密碼專家所遇到的挑戰(zhàn)是，如何讓發(fā)送者與接收者共同擁有一把鑰匙，并保證不會外流。我們通常用一種稱為“公開金鑰加密法”的方法發(fā)送“秘密鑰匙”（簡稱密鑰或私鑰），對傳送的訊息加密或解密。15前在公開金鑰加密法中，最常用到的RSA密碼演算法，就是應用因數(shù)分解的原理。在發(fā)送與接收者之間傳遞的秘密訊息，是以“公開鑰匙”（簡稱公鑰）加密，這個公鑰是一個很大的數(shù)，例如408508091（實際上用的數(shù)會遠大于此）。資料只能以接收者握有的密鑰解開，這把密鑰是公鑰的兩個因數(shù)，而在這個例子里就是18313與22307。16量子密碼術和公開金鑰加密法的差別在于，前者在量子電腦出現(xiàn)后仍然牢不可破！

17量子加密原理要在兩端傳遞量子加密鑰匙，其中一種方法就是以雷射發(fā)出單一光子，光子會以兩種模式中的其中一種偏振。光子的第一種偏振方向是垂直或平行（直線模式）；第二種則是與垂直呈45度角（對角模式）。不管是哪一種模式，光子的不同指向分別代表0或1這兩個數(shù)字。18量子加密原理依慣例，密碼學者通常稱發(fā)送者為愛麗絲，她以直線或對角隨機模式送出光子，發(fā)射出一串位元。至于接收者則稱為鮑伯，他也隨機決定以兩種模式之一來量測射入的位元。根據(jù)海森堡的測不準原理，他只能以一種模式來測量位元，而不能用兩種。只有當鮑伯與愛麗絲選用相同的模式時，位元的指向才能保證是正確的，不會影響原來的數(shù)值。19量子加密原理首先是制作鑰匙，愛麗絲讓一個光子通過直線式或對角式偏振片里的0或1狹縫，同時記錄下不同的指向。對于每個射入的位元，鮑伯隨機選擇一個濾片偵測，同時寫下偏振方向以及位元值。

20量子加密原理在傳送之后，鮑伯與愛麗絲互相聯(lián)絡，這時不需要保密，鮑伯告訴對方他是用哪種模式接收個別光子。不過他并沒有說明各個光子的位元是0或1。接著愛麗絲告訴鮑伯他哪些模式的測量方式是正確的。他們會刪除沒有以正確模式觀測的光子，而以正確模式所觀測出來的光子便成為鑰匙，用以輸入演算法來對訊息加密或解密。

21量子加密原理如果有人（稱為伊芙）想攔截這道光子流，由于海森堡原理的關系，她無法兩種模式都測。如果她以錯誤的模式進行測量，即使她將位元依照測到的結果重傳給鮑伯，都一定會有誤差。愛麗絲與鮑伯可以選擇性地比較一些位元，并檢查錯誤，來偵測是否有竊聽者。

22基于量子加密技術的網(wǎng)絡安全芯片已經(jīng)面世

MagiQ公司的量子密碼方法持續(xù)進行密鑰更新

（QPN：量子私人網(wǎng)絡；QKD：量子密鑰分配）Vectis加密機23結束語