量子通信技术核心——量子计算算法

量子计算出来和量子计算机是现代通信科学的根本性议题，量子的变换性、纠结性和相干性为量子计算出来获取一种创意的计算方法，在对信息的运算、留存和处置方面远超过经典运算。Shor算法通过量子傅里叶转换，有效地在多项式时间内解决问题大数质因子分解成问题；以Grover算法为代表的量子搜索算法，极大地提高搜寻效率；量子通信技术利用量子的纠结态构建信息传送；量子并行计算可以填补智能算法中的某些严重不足，量子智能算法将有相当大的发展空间。　　量子通信是计算机科学与量子学结合的产物，根据Moore定律由此可知：当计算机的存储单元超过原子层次时，明显地量子效应将不会严重影响计算机性能，计算机性能要求量子通信质量。量子通信的更进一步发展必须利用新的原理和方法，量子计算出来为这一问题的解决问题获取了一个有可能的途径。

　　根据量子计算出来原理设计的量子计算机是构建量子计算出来的最差反映。量子计算机是利用微观粒子状态来展开存储和处置信息的计算出来工具。其基本原理是通过物理手段制取可操作者的量子态，并利用量子态的变换性、纠结性和相干性等量子力学的特性展开信息的运算、留存和处置操作者，从本质上转变了传统的计算出来理念。

　　量子通信是量子理论与信息理论的交叉学科，是指利用量子的纠结态构建信息传送的通讯方式。量子的纠结态是指：互相纠结的两个粒子无论被分离出来多近，一个粒子状态的变化都会立刻使得另一个粒子状态再次发生适当变化的现象。量子通信主要还包括两类：用作量子密钥的传输，和用作量子隐形传态和量子纠结的发给。

与传统的通信技术比起，量子通信具备容量大，传输距离远和保密性强劲的特点。　　量子计算出来基础　　量子位　　计算机要处置数据，必需把数据表示成计算机需要辨识的形式。与经典计算机有所不同，量子计算机用量子位来存储信息，量子位的状态既可以是0态或1态，也可以是0态和1态的给定线性变换状态。

一个n位的量子寄存器可以正处于个基态的相干性变换态中，即可以同时存储种状态。因此，对量子寄存器的一次操作者就相等于对经典计算机的次操作者，也就是量子的并行性。

　　量子逻辑门　　对量子位的态展开转换，可以构建某些逻辑功能。变化所起着的起到相等于逻辑门的起到。因此，明确提出了量子逻辑门的概念，为：在一定时间间隔内，构建逻辑转换的量子装置。　　量子逻辑门在量子计算出来中是一系列的酉转换，将酉矩阵作为波函数的转换被沦为酉转换。

量子位的态是希尔伯特空间（Hilbert空间）的单位向量，构建酉转换后希尔伯特空间，在希尔伯特空间内仍为单位向量。　　量子算法　　量子算法的核心就是利用量子计算机的特性加快解法的速度，可以超过经典计算机不能相提并论的运算速度和信息处理功能。目前大体五类高于未知传统算法的量子算法：基于傅里叶转换的量子算法，以Grover为代表的量子搜素算法，仿真量子力学体系性质的量子建模算法，比较黑盒指数加快的量子算法和振幅估算量子算法。

　　基于傅里叶转换的量子算法　　Shor于1994年明确提出大数质因子分解成量子算法，而大数质因子分解成问题广泛应用在RSA公开密钥加密算法之中，该问题至今仍归属于NP可玩性问题。但是Shor算法可以在量子计算出来的条件下，在多项式时间内很有效地解决问题该问题。这对RSA的安全性具有极大的挑战。

　　Shor算法的基本思想是：利用数论涉及科学知识，通过量子分段特点，取得所有的函数值；再行随机自由选择比自变量小且互质的自然数，获得涉及函数的变换态；最后展开量子傅里叶转换得最后结果。结构如下函数：　　就目前而言，该算法早已比较成熟期，对其展开优化的空间并不大。

目前研究者的改良工作主要是：通过对同余式函数中与N互质的自然数自由选择的容许，提升算法顺利的概率。Shor算法及其构建，对量子密码学和量子通信的发展具有近于最重要的价值。　　以Grover为代表的量子搜素算法　　Grover量子搜索算法一般来说用作在无序数据库中搜寻某一特定的数据。

具体来说，该算法限于于解决问题从Ｎ个未分类的客体中找寻出有某个特定客体的问题。经典计算出来对待这类问题一般是一一展开搜索，直到寻找所需的客体，平均值必须找寻N/2次才能以1/2的概率寻找必须的数据。而在量子计算出来中，Grover量子搜索算法用于Oracle黑箱技术对目标数据展开标识，并利用量子变换和量子纠结的特性，使得每一次查找操作者可以同时检查所有的数据，这样反复0（根号下N）次后，就可平均值以1/2的概率寻找，依循再行多反复展开几次操作者，之后可以以较高的概率（相似于１）寻找那个特定的数据。

明确算法如下：　　（1）初始化。应用于Oracle算子，检验搜寻元素是否是解法的实际问题中必须搜寻的解法。

　　（2）展开Grover递归。将结果展开阿达马门（Hadamard门）转换。　　（3）结果展开运算。

　　（4）结果展开阿达马门转换。　　量子智能计算出来　　自Shor算法和Grover算法明确提出后，更加多的研究员投身于量子计算方法的计算出来处置方面，同时智能计算出来一向是算法研究的热门领域，研究指出，二者的融合可以获得相当大的突破，即利用量子并行计算可以很好的填补智能算法中的某些严重不足。　　目前有数的量子智能计算出来研究主要还包括：量子人工神经网络，量子演化算法，量子热处理算法和量子免疫系统算法等。

其中，量子神经网络算法和量子演化算法早已沦为目前学术研究领域的热点，并且获得了非常不俗的成绩，下面将以量子演化算法为事例。　　量子演化算法是演化算法与量子计算出来的理论融合的产物，该算法利用量子比特的变换性和相干性，用量子比特标记染色体，使得一个染色体可以装载大数量的信息。同时通过量子门的转动角度回应染色体的改版操作者，提升计算出来的全局搜寻能力。　　目前量子演化算法早已应用于许多领域，例如：工程问题、信息系统、神经网络优化等。

同时，预示着量子算法的理论和应用于的更进一步发展，量子演化算法等量子智能算法具有更大的发展前景和空间。

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