量子演算法解密
① 量子糾纏的應用
量子糾纏(quantum entanglement)，或稱量子纏結，是一種量子力學現象，是1935年由愛因斯坦、波多爾斯基和羅森提出的一種波，其量子態表達式:其中x1，x2分別代表了兩個粒子的坐標，這樣一個量子態的基本特徵是在任何錶象下，它都不可以寫成兩個子系統罩空猛的量子態的直積的形式。 定義上描述復合系統(具有兩個以上的成員系統)之一類特殊的量子態，此量子態無法分解為成員系統各自量子態之張量積(tensor proct)。
量子糾纏技術是安全的傳輸信息的加密技術，與超光速傳遞信息相關。盡管知道這些粒子之間"交流"的速度很快，但我們目前卻無法利用這種聯系以如此快的速度控制和傳遞信息。因此愛因斯坦提出的規則，也即任何信息傳遞的速度都無法超過光速，仍然成立。 實際上的糾纏作用並不很遠。
2016年12月，從中國科學技術大學獲悉，潘建偉院士及同事陸朝陽、陳宇翱等近期在量子信息科研領域再獲重大突破，他們通過兩種不同的方法制備了綜合性能最優的糾纏光子源，首次成功實現"十光子糾纏"，再次刷新了光子糾纏態制備的世物橋界紀錄。
2017年6月15日公布，中國量子科學實驗衛星"墨子號"迎來了第一項重大成果，率先成功實現"千公里級"的星地雙向量子糾纏分發，打破了此前國際上保持多年的"百公里級"紀錄。
2018年2月，中國實現星地千公里級量子糾纏和密鑰分發及隱形傳態，榮獲科技部2017年度中國科學十大進展。
量子糾纏是粒子在由兩個或兩個以上粒子組成系統中相互影響的現象，雖然粒子在空間上可能分開。[5]
糾纏是關於量子力學理論最著名的預測[1] 。它描述了兩個粒子互相糾纏，即使相距遙遠距離，一個粒子的行為將會影響另一個的狀態[1] 。當其中一顆被操作(例如量子測量)而狀態發生變化，另一顆也會即刻發生相應的狀態變化[1] 。
愛因斯坦將量子糾纏稱為"鬼魅似的遠距作用(神鬼級的遠距離相互操作作用)"(spooky action at a distance)[1] 。但這並不僅僅是個詭異的預測，而是已經在實驗中獲得的現象，比如科學家通過向兩個處於室溫的糾纏的小鑽石發射激光(圖中綠色)[1] 。科學家希望能夠建造量子計算機虧戚，利用粒子糾纏進行超高速計算
② 在量子科技巔峰賽中，中國的發展狀況如何
量子 科技 離人們的生活越來越近了，國內外關於量子 科技 的試驗品已經取得了輝煌的成果。這極大地激發了人們對量子 科技 的 探索 慾望。 中國深知量子 科技 的重要性，一直緊跟世界研究的大方向，可以說中國在這一領域與世界隊伍是密切聯系在一起的。
當前，世界首顆量子科學實驗衛星已由中國科研人員成功發射並正常運行，中國還率先實現了超遠距離的量子通話。 此後好消息不斷，中國的科研人員還成功製造出世界上最大的三通電話和維度集成光量子晶元，並首次演示了實用的空間二維順序運動。
目前，中國科學家研製出世界上最大的光度計微電路，並成功演示了量子計算機的模擬。最新的消息顯示，中國科學家利用光量子記錄技術，在幾秒鍾內就制備出了多個節點多達49至49個光度計。這在全世界范圍內都是一個非凡的成就，標志著量子 科技 的發展進入了全新的時期。 據說，這是目前世界上最大的光學量子計算晶元，研究人員用它演示了一種模擬量子計算的演算法，其中量子量子是一種隨機運動，這是因為當量子演化系統的設計和構造足夠靈活時，它可以完成各種演算法和計算任務，遠遠超過傳統計算機。量子計算機是一個全新的機遇。
傳統晶元的精度取決於晶體管的直徑大小。在晶元面積一定的情況下，晶體管越小，組成整個晶元的晶體管的數目也就越大，與此同時晶元的計算能力就越強。因此，使用晶體管更多的晶元的電子產品可以有更高的工作性能。 在量子比特數較少的情況下，量子操作的有效深度較淺，這是現階段量子技術水平的極限。在最大化利用量子資源的條件下，設計具有量子演算法實用性的可編程量子器件是量子計算領域的重要任務。
目前，世界上最現代的傳統晶元製造技術是在中國台灣積體電路公司和韓國三星公司的5納米的製程工藝技術。比如華為的海思麒麟9000系列晶元採用的5納米，晶體管的距離被控制在5納米范圍內，這使得海思麒麟9000系列晶元上的晶體管數量超過100億，也使得這款晶元成為手機晶元的新能非常的出眾。人類對技術的發展是永不止步的，近日，三星顯示3納米，預計將在2021年完成生產。 屆時，手機晶元的性能將會變得更為強大，而且功耗也會變得更低！不久的將來，人們使用手機時再也不像現在這樣，每天擔心手機電量不足，也許充一次電重度用上兩到三天也不成問題！
科學家通過調整電板上的元件，實現量子信息的編碼和量子演算法的映射。此外，該晶元還將在未來的大數據應用等領域發揮重要作用。可以說，它不僅專注於量子計算，還可以用於其他領域。因此， 可以說，如果這款晶元能夠大規模生產並投入使用，將從根本上改變我國多年來沒有高質量晶元的局面，至少可以緩解當前面臨的晶元卡脖子的問題。
量子移動的應用可能取決於被覆蓋粒子的數量、交換的不對稱性和非選擇性，以及它們移動到的下層的結構。在這里，我們證明了硅光譜可以通過使用驅動適配器來實現量子傳播，完全控制器件中的所有這些特性。我們提供了五個象形圖上任意一個的雙光子量子輻射跟蹤，以及連續粒子交換的對稱性和非選擇性。我們將向您展示如何在大圖形上模擬單個粒子的運動，以及如何通過調整量子行者的組成特性來調整大小和幾何形狀。我們將帶著這個設備來進行量子行走演算法，找到圖形的頂部並驗證乎稿其身份。 為此，科研人員對將近300種不同的圖形方案各取了多達100個長期量子演化的樣本，這為大型可編程量子步進處理器鋪平了道路。放在以前，如果用普悔尺通的超級計算機來處理數據，耗費的時間和成本是不可想像的！
量子計算機完全秒殺了傳統計算機的計算能力。這種歲前孝量子微電路的優勢是什麼？舉個例子，如果光量子計算機只能在10分鍾破譯繁雜的密碼，而傳統計算機需要100分鍾才能解決這個問題，不僅如此，當操作越來越復雜的時候，人們對量子晶元處理速度的感知會更加明顯。你會發現，所有繁雜的問題在光量子晶元面前就是小兒科。 量子計算機可以進行大數的因式分解，量子系統的模擬，和並行式搜索破評密碼，但是同時也提供了另一種保密通訊的方式。
當前科研人員還在繼續攻克量子 科技 難題，促使更多的量子演算法得以實現。人們可以利用光量子晶元實現更高安全等級的數據加密。量子密鑰進行加密將更加安全，解密將更加困難。在未來的戰爭中，依靠量子計算機優秀的計算能力和戰場上的海量數據，我們可以更快的計算，評估戰場上的情況，做出最佳的選擇等，從而幫助科研人員員做出決策。 另一方面，由於量子通信本質上是量子加密，而不是傳輸，所以研製這種晶元能否成功，取決於成功。在過去的一年裡，我們成功地進行了水下量子通信實驗，由於無法實現關鍵技術的突破，我們在這一領域的突破也促使我國承接大國，共享技術，共同開展研究。 在量子通信和量子計算領域，利用量子力學定律，我們不僅可以提高現代模擬材料的測試能力，還可以將量子技術應用到導航領域。基於量子效應和微機械微技術的慣性導航系統，可以大大提高導彈的存活率，但沒有一枚導彈被擊落。這一次，上海的一個大型研究小組研製出了世界上最大的光電微電路，所有這些都是為了讓它成為可能。而如果這種量子晶元繼續作為人工智慧的技術與這種智能技術相結合，將對我們未來的生活和國際產業結構產生巨大的影響。
與傳統計算機（只能處於零態或二進制狀態）相比，量子計算理論在一些國家/地區的應用。雖然一般量子計算機的最新消息經常出現在媒體上，如IBM、谷歌、英特爾等競爭對手宣布他們的量子位已經達到了更高的水平，但量子數再多也不能完全互聯專用本，而且不準確，難以糾錯。所以，一般的量子計算還是很難進行的，也就是說，到現在為止，量子計算機還沒有真正意義上的量子計算，但這並不妨礙全世界的實驗室以極大的熱情去追求這個夢想。雖然量子計算的程序很多，但是如何實現微子態的操作，實在是太復雜了。 在你說模擬量子計算不同於一般量子計算之前，量子系統一旦建立起來，量子物理學一旦准備好了，控制好了，就沒有必要再依靠一般量子微積分等復雜的量子修正。系統達到了一個新的規模，可以直接用於研究新的物理學，推進超傳統計算機絕對計算能力的具體問題。
量子計算機比我們現在使用的傳統計算機要快，因為它採用的是並行計算，它的計算能力並不強。根據量子晶元，它可以控制量子位的數量，更多的量子位，計算能力更強。現在，歐美國家都在研究，谷歌也在嘗試解決量子晶元的問題。強大的量子計算機可以輕松解決傳統計算機幾千年甚至幾萬年才能解決的問題，只需要幾秒鍾就可以解決， 這意味著傳統計算機無法解決的問題，隨著時間的推移，或將開啟新的希望。例如，在光量子晶元的加持下，當前的一些無法治癒的病症研究或許能夠在短時間里取得重要突破，例如困擾科學家多年的癌症和艾滋病等疾病。
世界 科技 發展日新月異，人類對技術的追求永不止步。中國已在光量子計算機領域拔得頭籌，但是未來征途漫漫，我們唯有擼起袖子加油干，才能保證自己的優勢長期穩定存在。加油，中國！
③ 量子糾纏究竟是什麼原理
量子糾纏是指量子態的一種性質。它是量子力學疊加原理的後果。
量子糾纏是粒子在由兩個或兩個悔答以上粒子組成系統中相互影響的現象。即使相距遙遠距離，一個粒子的行為將會影響另一個的狀態 。當其中一顆被操作(例如量子測量)而狀態發生變化，另一顆也會即刻發生相應的狀態變化 。
在量子力學里，當幾個粒子在彼此相互作用後，由於各個粒子所擁有的特性已綜合成為整體性質，無法單獨描述各個粒子的性質，只能描述整體系統的性質，則稱這現象為量子纏結或量子糾纏。量子糾纏是一種純粹發生於量子系統的現象；在經典力學里，找不到類似的現象。
(3)量子演算法解密擴展閱讀：
量子糾纏的應用：
量子糾纏是一種物理資源，如同時間、能量、動量等等，能夠萃取與轉換。應用量子糾纏的機制於量子信息學，很多平常不可行的事務都可以達成：
1、量子密鑰分發能夠使通信雙方共同擁有一個隨機、安全的密鑰，來加密和解密信息，從而保證通信安全。在量子密鑰分發機制里，給定兩個處於量子糾纏的粒子，假設通信雙方各自接受到其中一個粒子，由於測量其中任意一個粒子會摧毀這對粒子的量子糾纏，任何竊聽動作都會被通信雙方偵測發覺。
2、密集編碼（superdense coding）應用量子糾纏機制來傳送信息，每兩個經典位元的信息，只需要用到一個量子位元，這科技可以使傳送效率加倍。
3、量子隱形傳態應用先前發送點與接收點分享的兩個量子糾纏子系統與一些經典通訊技術來傳送量碧灶慧子態或量子信息（編碼為量子態）從發送點至相隔遙遠距離的接收點。
4、量子演算法（quantum algorithm）的速辯坦度時常會勝過對應的經典演算法很多。但是，在量子演算法里，量子糾纏所扮演的角色，物理學者尚未達成共識。有些物理學者認為，量子糾纏對於量子演算法的快速運算貢獻很大，但是，只倚賴量子糾纏並無法達成快速運算。
5、在量子計算機體系結構里，量子糾纏扮演了很重要的角色。例如，在一次性量子計算機（one-way quantum computer）的方法里，必須先制備出一個多體糾纏態，通常是圖形態（graph state）或簇態（cluster state），然後借著一系列的測量來計算出結果。
④ 對稱密碼演算法的量子電路是什麼
對稱密碼演算法的量子電路是一種用於加密和解密數據的量子電路，它使用對稱密鑰加密演算法來保護數據的安全性。對稱密碼演算法的量子電路通常包括以下幾個步驟：
1. 密鑰擴展：將對稱密鑰擴展為一組子密鑰，以便在加密和解密過程中使用。
2. 初始置換：對待加密的數據進行初銷讓始置換虛磨，以增加加密的隨機性和安全性。
3. 輪函數：對數據進行一系列的輪函數操作，每個輪函數包括一些基本操作，如置換、代換、異或等，以增加加密的復雜度和隨機性。
4. 最終置換：對加密後的數據進行最終置差鬥鬥換，以保證數據的完整性和正確性。
對稱密碼演算法的量子電路通常使用量子比特來代表數據和密鑰，使用量子門來實現上述步驟中的各種操作。在量子計算機中，對稱密碼演算法的量子電路可以實現更高效的加密和解密操作，因為量子計算機可以同時處理多個數據和密鑰，從而大大提高了加密和解密的速度和效率。
⑤ 量子計算機會破壞比特幣和互聯網嗎
- 在當前情況下，量子計算機無法幫助進行比特幣挖礦
- 轉向量子計算機不會影響挖礦速度，因為隨著價格的飆升，挖礦難度也會增加
- 確實，量子演算法的推出將使傳統的加密貨幣系統面臨風險
在目前的情況下，我們沒有這樣的量子演算法，但是如果將來我們發現它，該怎麼辦？眾所周知，比特幣旨在識別挖礦速度，並且同樣提高了挖礦難度。意味著找到演算法後難度將變得更加復雜。
實際上，現在實際上不可能使用普通計算機進行挖礦，因此礦工使用ASIC晶元來挖比特幣。當前，使用了兩種加密貨幣，RSA和橢圓曲線加密貨幣。實際上，這兩種加密貨幣方法都容易受到量子計算機的攻擊。 根據Anastasia的說法，我們只需要2500 cubits即可中斷algoant中斷EC，而需要約4000 cubit才能中斷RSA。
黑客可以識別比特幣錢包地址在當前情況下，硬分叉是不可能的，因為許多用戶丟失了他們的錢包地址和硬幣。現在，令人擔憂的因素是，量子計算機可以輕松地幫助追蹤那些丟失的錢包，而旦滲黑客可以使用此類計算機解密並獲取此類丟失的硬幣。
但是，主要的關注點是量子計算機的研究。此類計算機系統的進入將使加密貨幣系統面臨風險。該輪凱系統可能是比特幣的破壞者。
⑥ 量子技術都有哪些應用
四、量子計算
量子計算是通過疊加原理和量子糾纏等次原子粒子的特性來實現對數據的編碼和操縱。在過去的幾十年裡，量子計算只存在於理論上，但近些年的研究已經開始出現有意義的結果，開發並驗證了多種量子演算法，研製出了量子計算機實驗原型機，未來的5年—15年裡，我們很有可能製造出一款有實用意義的量子計算機。
量子計算機的出現將給氣候模擬、葯物研究、材料科學等其他科研領域帶來巨大的進步。不過，最令人期待的還是量子密碼學。一台量子計算機將可以破解目前所有的加密方式，而量子加密也將真正無懈可擊。
⑦ 既然量子計算機可以輕易破解RSA-4096，為何以RSA演算法加密網銀密匙
1999年，RSA-155（512 bits）
2002年，RSA-158
2009年12月12日，編號為 RSA-768
除此以外目前,就純陸公開的做帶頃資料里,沒有其他RSA被成功破解的記錄.
量子計算機破解RSA還是停留在理論上.量子計算行凱機還處於嬰兒期.
⑧ 強大的量子計算機可以破解加密並解決經典計算機無法解決的問題
強大的量子計算機可以破解加密並解決經典機器無法解決的問題。雖然目前還沒有人成功製造出這樣的設備，但最近我們看到了進步的步伐——那麼，會是新的一年嗎？目前，注意力集中在一個被稱為量子霸權的重要里程碑上：在合理的時間范圍內，量子計算機能夠完成經典計算機無法完成的計算。
谷歌在2019年首次使用具有 54 個量子位（常規計算位的量子等價物）的設備來執行稱為隨機抽樣計算的基本上無用的計算，從而實現了這一目標。2021 年，中國科學技術大學的一個團隊使用 56 個量子比特解決了一個更復雜的采樣問題，後來又用 60 個量子比特將其推得更遠。
但IBM 的Bob Sutor表示，這種跨越式 游戲 是一項尚未產生真正影響的學術成就。只有當量子計算機明顯優於經典計算機並且能夠解決不同問題時，才能實現真正的霸權，而不是目前用作基準的隨機抽樣計算。
他說，IBM 正在努力實現「量子商業優勢」——在這一點上，量子計算機可以比傳統計算機更快地為研究人員或公司解決真正有用的問題。Sutor說，這還沒有到來，也不會在新的一年到來，但可以預期在十年內。
量子軟體公司Classiq的聯合創始人Nir Minerbi則更為樂觀。他認為，新的一年將在一個有用的問題中展示量子霸權。
還記得第一輛電動 汽車 問世的時候嗎？它們對於開車去雜貨店很有用，但也許不適合開車300公里送孩子上大學。就像電動 汽車 一樣，量子計算機會隨著時間的推移變得越來越好，使其在更廣泛的應用中發揮作用。
解決實際問題存在許多障礙。首先是設備需要數千個量子比特才能做到這一點，而且這些量子比特也必須比現有的更穩定和可靠。研究人員很可能需要將它們分組在一起，以作為單個「邏輯量子比特」工作。這有助於提高保真度，但會削弱規模的改進：數千個邏輯量子位可能需要數百萬個物理量子位。
隨著時間的推移，量子計算機會變得更好，在一系列應用中變得有用
研究人員還致力於量子糾錯，以在出現故障時對其進行修復。谷歌在2021年7月宣布，其Sycamore處理器能夠檢測並修復其超導量子比特中的錯誤，但執行此操作所需的額外硬體引入的錯誤多於修復的錯誤。馬里蘭州聯合量子研究所的研究人員後來設法用他們捕獲的離子量子比特通過了這個關鍵的收支平衡閾值。
即便如此，現在還為時過早。如果通用量子計算機在新的一年解決了一個有用的問題，那將是「相當令人震驚的」。在任意時間內保護單個編碼的量子位，更不用說對數千或數百萬個編碼的量子位進行計算了。
量子計算機需要多大才能破解比特幣加密或模擬分子？
預計量子計算機將具有顛覆性，並可能影響許多行業領域。因此，英國和荷蘭的研究人員決定 探索 兩個截然不同的量子問題：破解比特幣（一種數字貨幣）的加密以及模擬負責生物固氮的分子。研究人員描述了他們創建的一種工具，用於確定解決此類問題需要多大的量子計算機以及需要多長時間。
這一領域的大部分現有工作都集中在特定的硬體平台、超導設備上，就像 IBM 和谷歌正在努力開發的那樣。不同的硬體平台在關鍵硬體規格上會有很大差異，例如運算速率和對量子比特（量子比特）的控制質量。許多最有前途的量子優勢用例將需要糾錯量子計算機。糾錯可以通過補償量子計算機內部的固有錯誤來運行更長的演算法，但它是以更多物理量子比特為代價的。從空氣中提取氮來製造用於肥料的氨是非常耗能的，改進這一過程可能會影響世界糧食短缺和氣候危機。相關分子的模擬目前甚至超出了世界上最快的超級計算機的能力，但應該在下一代量子計算機的范圍內。
我們的工具根據關鍵硬體規格自動計算糾錯開銷。為了讓量子演算法運行得更快，我們可以通過添加更多物理量子位來並行執行更多操作。我們根據需要引入額外的量子位以達到所需的運行時間，這嚴重依賴於物理硬體級別的操作速率。大多數量子計算硬體平台都是有限的，因為只有彼此相鄰的量子位才能直接交互。在其他平台中，例如一些捕獲離子的設計，量子位不在固定位置，而是可以物理移動——這意味著每個量子位可以直接與大量其他量子位相互作用。
我們 探索 了如何最好地利用這種連接遙遠量子位的能力，目的是用更少的量子位在更短的時間內解決問題。我們必須繼續調整糾錯策略以利用底層硬體的優勢，這可能使我們能夠使用比以前假設的更小的量子計算機來解決影響深遠的問題。
量子計算機在破解許多加密技術方面比經典計算機更強大。世界上大多數安全通信設備都使用 RSA 加密。RSA 加密和比特幣使用的一種（橢圓曲線數字簽名演算法）有一天會容易受到量子計算攻擊，但今天，即使是最大的超級計算機也永遠不會構成嚴重威脅。研究人員估計，一台量子計算機需要的大小才能在它實際上會構成威脅的一小段時間內破解比特幣網路的加密——在它宣布和集成到區塊鏈之間。交易支付的費用越高，這個窗口就越短，但可能從幾分鍾到幾小時不等。
當今最先進的量子計算機只有50-100個量子比特。「我們估計需要30[百萬] 到3億物理量子比特，這表明比特幣目前應該被認為是安全的，不會受到量子攻擊，但這種尺寸的設備通常被認為是可以實現的，未來的進步可能會進一步降低要求。比特幣網路可以對量子安全加密技術執行『硬分叉』，但這可能會由於內存需求增加而導致網路擴展問題。
研究人員強調了量子演算法和糾錯協議的改進速度。四年前，我們估計捕獲離子設備需要 10 億個物理量子比特才能破解 RSA 加密，這需要一個面積為 100 x 100 平方米的設備。現在，隨著全面改進，這可能會顯著減少到僅僅 2.5 x 2.5 平方米的面積。大規模糾錯量子計算機應該能夠解決經典計算機無法解決的重要問題。模擬分子可應用於能源效率、電池、改進的催化劑、新材料和新葯的開發。進一步的應用程序全面存在——包括金融、大數據分析、飛機設計的流體流動和物流優化。
什麼是量子啟示錄？
想像一個加密的秘密文件突然被破解的世界——這就是所謂的「量子啟示錄」。簡而言之，量子計算機的工作方式與上個世紀開發的計算機完全不同。從理論上講，它們最終可能會比今天的機器快很多很多倍。這意味著面對一個極其復雜和耗時的問題——比如試圖解密數據——其中有數十億的多個排列，如果有的話，一台普通的計算機需要很多年才能破解這些加密。但理論上，未來的量子計算機可以在幾秒鍾內完成這項工作。這樣的計算機可以為人類解決各種問題。英國政府正在牛津郡哈威爾投資國家量子計算中心，希望徹底改變該領域的研究。
一種用於量子計算的新語言
Twist是麻省理工學院開發的一種編程語言，可以描述和驗證哪些數據被糾纏在一起，以防止量子程序中的錯誤。時間結晶、微波爐、鑽石，這三個不同的東西有什麼共同點？量子計算。與使用比特的傳統計算機不同，量子計算機使用量子比特將信息編碼為0或1，或兩者同時編碼。再加上來自量子物理學的各種力量，這些冰箱大小的機器可以處理大量信息——但它們遠非完美無缺。就像我們的普通計算機一樣，我們需要有正確的編程語言才能在量子計算機上正確計算。
對量子計算機進行編程需要了解一種叫做「糾纏」的東西，這是一種用於各種量子比特的計算機，它可以轉化為強大的能量。當兩個量子位糾纏在一起時，一個量子位上的動作可以改變另一個量子位的值，即使它們在物理上是分開的，這引起了愛因斯坦對「遠距離幽靈動作」的描述。但這種效力同樣是弱點的來源。在編程時，丟棄一個量子位而不注意它與另一個量子位的糾纏會破壞另一個量子位中存儲的數據，從而危及程序的正確性。
麻省理工學院計算機科學與人工智慧 (CSAIL) 科學家旨在通過創建自己的量子計算編程語言 Twist 來解開謎團。Twist 可以通過經典程序員可以理解的語言來描述和驗證量子程序中糾纏了哪些數據。該語言使用一個稱為純度的概念，它強制不存在糾纏並產生更直觀的程序，理想情況下錯誤更少。例如，程序員可以使用 Twist 表示程序作為垃圾生成的臨時數據不會與程序的答案糾纏在一起，從而可以安全地丟棄。
雖然新興領域可能會讓人感覺有點浮華和未來感，但腦海中浮現出巨大的金屬機器的圖像，但量子計算機具有在經典無法解決的任務中實現計算突破的潛力，例如密碼學和通信協議、搜索以及計算物理和化學。計算科學的主要挑戰之一是處理問題的復雜性和所需的計算量。經典的數字計算機需要非常大的指數位數才能處理這樣的模擬，而量子計算機可能會使用非常少量的量子位來做到這一點——如果那裡有正確的程序。 「我們的語言 Twist 允許開發人員通過明確說明何時不得與另一個量子位糾纏來編寫更安全的量子程序，」麻省理工學院電氣工程和計算機科學博士生、有關 Twist的新論文的主要作者 Charles Yuan 說. 「因為理解量子程序需要理解糾纏，我們希望 Twist 為開發語言鋪平道路，讓程序員更容易應對量子計算的獨特挑戰。」
解開量子糾纏
想像一個木箱，它的一側伸出一千根電纜。您可以將任何電纜從包裝盒中拉出，也可以將其完全推入。
在你這樣做一段時間後，電纜會形成一個位模式——零和一——取決於它們是在裡面還是在外面。這個盒子代表了經典計算機的內存。該計算機的程序是關於何時以及如何拉電纜的一系列指令。
現在想像第二個外觀相同的盒子。這一次，你拉一根電纜，看到它出現時，其他幾根電纜被拉回了裡面。顯然，在盒子內部，這些電纜不知何故相互纏繞。
第二個框是量子計算機的類比，理解量子程序的含義需要理解其數據中存在的糾纏。但是檢測糾纏並不簡單。你看不到木箱，所以你能做的最好的就是嘗試拉動電纜並仔細推理哪些是糾纏的。同樣，今天的量子程序員不得不用手推理糾纏。這就是 Twist 的設計有助於按摩其中一些交錯的部分。
科學家們設計的Twist具有足夠的表現力，可以為著名的量子演算法編寫程序並識別其實現中的錯誤。為了評估Twist的設計，他們對程序進行了修改，以引入某種對於人類程序員來說相對不易察覺的錯誤，並表明Twist可以自動識別錯誤並拒絕程序。
他們還測量了程序在運行時方面的實際執行情況，與現有的量子編程技術相比，它的開銷不到4%。
對於那些擔心量子在破解加密系統方面的「骯臟」名聲的人來說，Yuan 表示，目前還不清楚量子計算機在實踐中能夠在多大程度上實現其性能承諾。「在後量子密碼學方面正在進行大量研究，這些研究之所以存在，是因為即使是量子計算也不是萬能的。到目前為止，有一組非常具體的應用程序，人們在這些應用程序中開發了量子計算機可以超越經典計算機的演算法和技術。」
重要的下一步是使用Twist創建更高級別的量子編程語言。今天的大多數量子編程語言仍然類似於匯編語言，將低級操作串在一起，沒有注意數據類型和函數等東西，以及經典軟體工程中的典型內容。
量子計算機容易出錯且難以編程。通過引入和推理程序代碼的「純度」，Twist 通過保證一段純代碼中的量子位不會被不在該代碼中的位更改，朝著簡化量子編程邁出了一大步。 這項工作得到了麻省理工學院-IBM 沃森人工智慧實驗室、國家科學基金會和海軍研究辦公室的部分支持。
【注釋. 量子計算機】
量子計算機是一種直接利用量子力學現象（如疊加和糾纏）對數據進行運算的計算設備。量子計算背後的基本原理是量子屬性可以用來表示數據並對這些數據執行操作。
盡管量子計算仍處於起步階段，但已經進行了一些實驗，在這些實驗中，量子計算操作是在非常少量的量子比特（量子二進制數字）上執行的。實踐和理論研究都在繼續進行，許多國家政府和軍事資助機構支持量子計算研究，以開發用於民用和國家安全目的的量子計算機，例如密碼分析。
如果可以建造大規模的量子計算機，它們將能夠比我們目前的任何經典計算機（例如 Shor 演算法）更快地解決某些問題。量子計算機不同於DNA計算機和基於晶體管的傳統計算機等其他計算機。一些計算架構（例如光學計算機）可能會使用經典的電磁波疊加。如果沒有一些特定的量子力學資源，例如糾纏，推測不可能超過經典計算機的指數優勢。
⑨ 目前常用的加密解密演算法有哪些
加密演算法
加密技術是對信息進行編碼和解碼的技術，編碼是把原來可讀信息（又稱明文）譯成代碼形式（又稱密文），其逆過程就是解碼（解密）。加密技術的要點是加密演算法，加密演算法可以分為對稱加密、不對稱加密和不可逆加密三類演算法。
對稱加密演算法 對稱加密演算法是應用較早的加密演算法，技術成熟。在對稱加密演算法中，數據發信方將明文（原始數據）和加密密鑰一起經過特殊加密演算法處理後，使其變成復雜的加密密文發送出去。收信方收到密文後，若想解讀原文，則需要使用加密用過的密鑰及相同演算法的逆演算法對密文進行解密，才能使其恢復成可讀明文。在對稱加密演算法中，使用的密鑰只有一個，發收信雙方都使用這個密鑰對數據進行加密和解密，這就要求解密方事先必須知道加密密鑰。對稱加密演算法的特點是演算法公開、計算量小、加密速度快、加密效率高。不足之處是，交易雙方都使用同樣鑰匙，安全性得不到保證。此外，每對用戶每次使用對稱加密演算法時，都需要使用其他人不知道的惟一鑰匙，這會使得發收信雙方所擁有的鑰匙數量成幾何級數增長，密鑰管理成為用戶的負擔。對稱加密演算法在分布式網路系統上使用較為困難，主要是因為密鑰管理困難，使用成本較高。在計算機專網系統中廣泛使用的對稱加密演算法有DES和IDEA等。美國國家標准局倡導的AES即將作為新標准取代DES。
不對稱加密演算法不對稱加密演算法使用兩把完全不同但又是完全匹配的一對鑰匙—公鑰和私鑰。在使用不對稱加密演算法加密文件時，只有使用匹配的一對公鑰和私鑰，才能完成對明文的加密和解密過程。加密明文時採用公鑰加密，解密密文時使用私鑰才能完成，而且發信方（加密者）知道收信方的公鑰，只有收信方（解密者）才是唯一知道自己私鑰的人。不對稱加密演算法的基本原理是，如果發信方想發送只有收信方才能解讀的加密信息，發信方必須首先知道收信方的公鑰，然後利用收信方的公鑰來加密原文；收信方收到加密密文後，使用自己的私鑰才能解密密文。顯然，採用不對稱加密演算法，收發信雙方在通信之前，收信方必須將自己早已隨機生成的公鑰送給發信方，而自己保留私鑰。由於不對稱演算法擁有兩個密鑰，因而特別適用於分布式系統中的數據加密。廣泛應用的不對稱加密演算法有RSA演算法和美國國家標准局提出的DSA。以不對稱加密演算法為基礎的加密技術應用非常廣泛。
不可逆加密演算法 不可逆加密演算法的特徵是加密過程中不需要使用密鑰，輸入明文後由系統直接經過加密演算法處理成密文，這種加密後的數據是無法被解密的，只有重新輸入明文，並再次經過同樣不可逆的加密演算法處理，得到相同的加密密文並被系統重新識別後，才能真正解密。顯然，在這類加密過程中，加密是自己，解密還得是自己，而所謂解密，實際上就是重新加一次密，所應用的「密碼」也就是輸入的明文。不可逆加密演算法不存在密鑰保管和分發問題，非常適合在分布式網路系統上使用，但因加密計算復雜，工作量相當繁重，通常只在數據量有限的情形下使用，如廣泛應用在計算機系統中的口令加密，利用的就是不可逆加密演算法。近年來，隨著計算機系統性能的不斷提高，不可逆加密的應用領域正在逐漸增大。在計算機網路中應用較多不可逆加密演算法的有RSA公司發明的MD5演算法和由美國國家標准局建議的不可逆加密標准SHS(Secure Hash Standard:安全雜亂信息標准)等。
加密技術
加密演算法是加密技術的基礎，任何一種成熟的加密技術都是建立多種加密演算法組合，或者加密演算法和其他應用軟體有機結合的基礎之上的。下面我們介紹幾種在計算機網路應用領域廣泛應用的加密技術。
非否認（Non-repudiation）技術 該技術的核心是不對稱加密演算法的公鑰技術，通過產生一個與用戶認證數據有關的數字簽名來完成。當用戶執行某一交易時，這種簽名能夠保證用戶今後無法否認該交易發生的事實。由於非否認技術的操作過程簡單，而且直接包含在用戶的某類正常的電子交易中，因而成為當前用戶進行電子商務、取得商務信任的重要保證。
PGP（Pretty Good Privacy）技術 PGP技術是一個基於不對稱加密演算法RSA公鑰體系的郵件加密技術，也是一種操作簡單、使用方便、普及程度較高的加密軟體。PGP技術不但可以對電子郵件加密，防止非授權者閱讀信件；還能對電子郵件附加數字簽名，使收信人能明確了解發信人的真實身份；也可以在不需要通過任何保密渠道傳遞密鑰的情況下，使人們安全地進行保密通信。PGP技術創造性地把RSA不對稱加密演算法的方便性和傳統加密體系結合起來，在數字簽名和密鑰認證管理機制方面採用了無縫結合的巧妙設計，使其幾乎成為最為流行的公鑰加密軟體包。
數字簽名（Digital Signature）技術 數字簽名技術是不對稱加密演算法的典型應用。數字簽名的應用過程是，數據源發送方使用自己的私鑰對數據校驗和或其他與數據內容有關的變數進行加密處理，完成對數據的合法「簽名」，數據接收方則利用對方的公鑰來解讀收到的「數字簽名」，並將解讀結果用於對數據完整性的檢驗，以確認簽名的合法性。數字簽名技術是在網路系統虛擬環境中確認身份的重要技術，完全可以代替現實過程中的「親筆簽字」，在技術和法律上有保證。在公鑰與私鑰管理方面，數字簽名應用與加密郵件PGP技術正好相反。在數字簽名應用中，發送者的公鑰可以很方便地得到，但他的私鑰則需要嚴格保密。
PKI（Public Key Infrastructure）技術 PKI技術是一種以不對稱加密技術為核心、可以為網路提供安全服務的公鑰基礎設施。PKI技術最初主要應用在Internet環境中，為復雜的互聯網系統提供統一的身份認證、數據加密和完整性保障機制。由於PKI技術在網路安全領域所表現出的巨大優勢，因而受到銀行、證券、政府等核心應用系統的青睞。PKI技術既是信息安全技術的核心，也是電子商務的關鍵和基礎技術。由於通過網路進行的電子商務、電子政務等活動缺少物理接觸，因而使得利用電子方式驗證信任關系變得至關重要，PKI技術恰好能夠有效解決電子商務應用中的機密性、真實性、完整性、不可否認性和存取控制等安全問題。一個實用的PKI體系還必須充分考慮互操作性和可擴展性。PKI體系所包含的認證中心（CA）、注冊中心（RA）、策略管理、密鑰與證書管理、密鑰備份與恢復、撤銷系統等功能模塊應該有機地結合在一起。
加密的未來趨勢
盡管雙鑰密碼體制比單鑰密碼體制更為可靠，但由於計算過於復雜，雙鑰密碼體制在進行大信息量通信時，加密速率僅為單鑰體制的1/100，甚至是 1/1000。正是由於不同體制的加密演算法各有所長，所以在今後相當長的一段時期內，各類加密體制將會共同發展。而在由IBM等公司於1996年聯合推出的用於電子商務的協議標准SET（Secure Electronic Transaction）中和1992年由多國聯合開發的PGP技術中，均採用了包含單鑰密碼、雙鑰密碼、單向雜湊演算法和隨機數生成演算法在內的混合密碼系統的動向來看，這似乎從一個側面展示了今後密碼技術應用的未來。
在單鑰密碼領域，一次一密被認為是最為可靠的機制，但是由於流密碼體制中的密鑰流生成器在演算法上未能突破有限循環，故一直未被廣泛應用。如果找到一個在演算法上接近無限循環的密鑰流生成器，該體制將會有一個質的飛躍。近年來，混沌學理論的研究給在這一方向產生突破帶來了曙光。此外，充滿生氣的量子密碼被認為是一個潛在的發展方向，因為它是基於光學和量子力學理論的。該理論對於在光纖通信中加強信息安全、對付擁有量子計算能力的破譯無疑是一種理想的解決方法。
由於電子商務等民用系統的應用需求，認證加密演算法也將有較大發展。此外，在傳統密碼體制中，還將會產生類似於IDEA這樣的新成員，新成員的一個主要特徵就是在演算法上有創新和突破，而不僅僅是對傳統演算法進行修正或改進。密碼學是一個正在不斷發展的年輕學科，任何未被認識的加/解密機制都有可能在其中佔有一席之地。
目前，對信息系統或電子郵件的安全問題，還沒有一個非常有效的解決方案，其主要原因是由於互聯網固有的異構性，沒有一個單一的信任機構可以滿足互聯網全程異構性的所有需要，也沒有一個單一的協議能夠適用於互聯網全程異構性的所有情況。解決的辦法只有依靠軟體代理了，即採用軟體代理來自動管理用戶所持有的證書（即用戶所屬的信任結構）以及用戶所有的行為。每當用戶要發送一則消息或一封電子郵件時，代理就會自動與對方的代理協商，找出一個共同信任的機構或一個通用協議來進行通信。在互聯網環境中，下一代的安全信息系統會自動為用戶發送加密郵件，同樣當用戶要向某人發送電子郵件時，用戶的本地代理首先將與對方的代理交互，協商一個適合雙方的認證機構。當然，電子郵件也需要不同的技術支持，因為電子郵件不是端到端的通信，而是通過多個中間機構把電子郵件分程傳遞到各自的通信機器上，最後到達目的地。