肖尔算法——RSA加密技巧的终结者

  近日,中国迷信院和阿里巴巴在中国迷信技巧大年夜学上海研究院结分化立了“中科院-阿里巴巴量子计算试验室”。这是中国首次由科研单位引入官方资原本全资资助基础迷信研究。

  放眼世界,这一协作的先例来自于美国。继IBM和微软以后,Google也展开了量子计算研究,并和美国国家航天局(NASA)结分化立了量子人工智能试验室(QuAIL)。2014年,Google正式雇佣美国加利福尼亚大年夜学圣芭芭拉分校的约翰·马丁尼斯(John Martinis)成立超导量子计算试验室,开创了公众公司全资资助量子计算试验室的先河。

  阿里巴巴做为中国市值最高的互联网公司在经典信息技巧上积累雄厚,同时中国迷信技巧大年夜学在量子信息学研究上抢先世界。在Google形式的启发下,二者一拍即合,成立了该联合试验室。

  量子计算为何有如此魅力,吸引互联网巨擘纷纷解囊?这要从量子物理学最基本也是最独特的特点“叠加态”(superposition)说起。在经典物理学中,物质在肯定的时辰唯一肯定的一个形状。量子力学则分歧,物质会同时处于分歧的量子态上。一个复杂的例子就是双缝干预,经典的粒子一次只能经过一个狭缝,然则量子力学的粒子一次可以同时经过多个狭缝,从而发生干预。

  传统的信息技巧扎根于经典物理学,一个比特在特按时辰只要特定的形状,要么是0,要么是1,一切的计算都依照经典的物理学规律停止。量子信息扎根于量子物理学,一个量子比特(qubit)就是0和1的叠加态,可以写作:

  |Φ>=a|0>+b|1>

  这里用Φ代表0和1的叠加(因为长得像)。|>为狄拉克符号,代表量子态。a和b是两个双数,满足关系|a|2+|b|2=1。因而一个量子比特可以用一个布洛赫球面(Bloch sphere)来表现。比拟于一个经典比特只要0和1两个值,一个量子比特的值有有限个,散布在全部布洛赫球面上。

  因为处于叠加态,一个量子比特同时代表|0>和|1>(只需取值不恰好是|0>或许|1>),对这个量子比特做一次操作就相当于同时对|0>和|1>都做了操作。扩大下去,比如一个10比特的数,经典计算一次运算只能处理一个数(如0001001000,0100001000,1001101101…….)。量子计算则可以处理一个10量子比特的叠加态:|ΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦ>。这就即意味着,量子计算一次运算便可以处理210=1024个数(从0到1023被同时处理一遍)。

  以此类推,量子计算的速度与量子比特数是2的指数增加关系。一个64位的量子计算机一次运算便可以同时处理264=18446744073709551616个数。假设单次运算速度到达今朝平易近用电脑CPU的级别(1GHz),那么这个64位量子计算机的数据处理速度将是世界上最快的“河汉二号”超等计算机(每秒33.86切切亿次)的545万亿倍!