量子密码学习笔记-量子态与量子门

欢迎来到秃头少女谢广坤的博客，近期确定了自己研究生的方向，并开始了自己的自学了历程，下面简单总结一下这段时间自己学习的量子密码的基本知识：

1.量子密码的基本原理
先普及一下量子密码的背景知识，在量子计算机这个概念还没有出现以前，依赖大数分解的难度去保障数据的传输安全还是比较可靠的，但奈何时代发展太快，地球上存在太多聪明的生物，这就导致了量子计算机的出现，在量子计算面前，大数分解也不再话下，所以信息安全岌岌可危，人们于是又将自己的视野转向了量子密码，量子密码听上去非常的高大上，它确实也是非常的高大上，它的安全性依赖于海森堡测不准原理，量子的不可克隆特性以及量子的纠缠特性，下面我简单说一下我自己对这三个原理的理解，如果有错误的话，欢迎及时指正。
（1）海森堡测不准原理：对于未知的量子态，随机选取测量基对量子态进行测量，是会引起量子坍缩的；
（2）不可克隆原理：对于量子而言，是无法基于现有的量子比特去复制出一个完美的副本，因为测量量子态的过程势必会引起量子信息的改变；
（3）量子纠缠：对于量子纠缠我见过许多的解释，我个人感觉比较容易理解的就是，读者可以把处于纠缠态的粒子看作是两个心有灵犀的双胞胎，即使两个人隔着天涯海角，但是其中一个人的状态发生了变化，另一个人也能够感受得到并产生相应的变化，但要注意的是，这个改变不是瞬时的，也不是所谓的超光速，也不能利用这个特性去进行所谓的量子通信，因为读者必须要明确，如果量子态发生了变化，那么其中的信息也一定会发生变化，那这样就是无法实现通信的。利用量子纠缠这个特性，也很容易确定处于纠缠态粒子的量子态，只需要测量其中一个粒子的量子态，另一个粒子的量子态也会随之确定。
量子密码融合了经典密码学与量子力学的优势，安全性大部分取决于量子力学的基本特性，攻击者的计算能力并不能威胁到量子密码的安全性。同时量子密码在通信时可以防止第三方窃听，是一种绝对安全的保密通信方式，它具有入侵检测能力，在进行保密通信的时候可以实时检测通信内容是否有被监听，而经典密码体制不具备这种能力。

2.量子态

在了解了什么是量子态之后，我们来说一下量子态的叠加原理，这是经典比特与量子比特最大的不同之处，在我们的思维中，经典比特要么是‘0’，要么是‘1’，但是对于量子比特而言它的状态就有很多种了，其中有一个很有趣的说法，就是我们抛硬币，在现实生活中，没有意外的话，硬币要么处于正面，要么处于反面，但是从量子比特思维来看，硬币可能处于这两种状态之间，用专业化的术语表示如下：

3.单量子比特逻辑门

（1）Pauli-X门

（2）Pauli-Y门

（3)Pauli-Z门

（4）H门

其中H门是非常重要的，做两次H门变换，相当于未进行操作，大家可以去搜一下它在Bloch球面上的表示，便于进一步的理解。

4.多量子比特逻辑门

总结就到这里吧，这算是量子密码、量子计算很基础的一些知识了，这些图片都是我本科论文里面的，还有就是我之前看过的论文里面的，本来想把各种puali操作的具体计算过程分享给大家的，但是最近时间比较紧张，如果后期有时间的话，会补充的。最后大家如果对我写的有什么疑惑欢迎共同探讨，如果有什么错误，也欢迎指正，希望我的分享可以帮助到有需要的人。