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量子计算与信息：历史、算法及应用详解

1. 量子算法研究现状

量子算法的数量比之前讨论的要多，但远少于研究人员的预期，其研究进展也落后于量子计算和量子信息的其他方面。2003 年，Peter W. Shor 在一篇名为 “Why haven’t more quantum algorithms been found?” 的文章中探讨了这一停滞现象。他虽不确定原因，但给出了几种可能的解释，比如计算机科学家尚未形成对量子行为的直觉。这篇文章值得所有正在培养直觉的计算机科学学生阅读。

2. 量子密码学

• Shor 算法与 RSA 密码学的挑战：Shor 的因式分解算法目前仅在少数量子比特上实现。若高效分解大数字成为可能，RSA 密码学将需被新的密码学形式取代，这种新形式应不会被经典或量子计算机破解。
• 量子密钥分发（BB84）：1984 年，Charles H. Bennett 和 Gilles Brassard 在 “Quantum cryptography: Public key distribution and coin tossing” 中引入了量子密钥分发，即 BB84。其安全性并非源于难以解密的加密方式，而是因为无论计算资源如何，窃听者都无法在不被察觉的情况下拦截消息。
• 早期的量子密码学应用：20 世纪 60 年代，Stephen Wiesner 设想了两个应用，一是发送两条消息但只能读取其中一条，二是设计无法伪造的货币。他的想法直到 1983 年在 “Conjugate coding” 中描述后