现代密码学量子密码学第10章19世纪末20世纪初，物理学处于新旧交替时期。生产和技术的发展与提高导致物理学实验上一系列重大发现，使经典物理的地位愈发巩固。唯一不协调的只是物理学天空上的“两朵乌云”，然而物理学革命的序幕已悄然拉开。一朵乌云诞生下相对论，另一朵乌云则诞生下量子论，这两个理论使物理学的面貌焕然一新。相对论狭义相对论狭义相对论光速恒定，是物质运动速度的上限高速运动时：•时间会变慢•长度会变短•质量会增加相对论广义相对论广义相对论物质作用于空间速度变化质量变化空间变化质量越大空间弯曲越厉害量子论揭示了微观世界的基本规律，能很好地解释原子结构、化学元素的性质、光的吸收和辐射等。量子论量子论1900年前后，微观粒子领域的研究进程1895伦琴X射线1896贝克勒尔放射性1897汤姆生电子1898卢瑟福alpha射线1899卢梅尔等热辐射能量分布曲线偏离维恩分布率1900维拉德gamma射线1901考夫曼电子质量随速度增加1902勒那德光电效应基本规律1902里查森热电子发射规律1903卢瑟福放射性元素的蜕变规律量子论量子概念1900年普朗克•量子概念•普朗克常数能量是一份一份传递的，是不连续的，每一份就叫一个量子量子论光子假说1905年爱因斯坦（普朗克学生）•光子假说光是一份一份传递的，是不连续的，每一份叫一个光子成功解释光电效应表明光具有波粒二象性1911年卢瑟福•原子结构模型量子论原子结构模型遇到难题：缺少理论支持（牛顿力学无法解释电子云现象）1913年玻尔（卢瑟福学生、哥本哈根学派掌门）•定态假设•跃迁假设量子论原子结构模型1924年德布罗意•物质波一切微观粒子均有波粒二象性量子论物质波1926年薛定谔•薛定谔方程（量子理论奠基石）用波动方程（波函数）描述微观粒子的运动状态量子论波函数1926年玻恩•用概率解释波函数（哥本哈根解释）电子运动只能用统计给出分布，而不能精确给出定位量子论电子云的解释量子论量子力学1925年海森堡等矩阵力学1926年薛定谔波动力学等价1927年海森堡•不确定性原理（测不准原理）微观粒子的位置与动量不可被同时确定量子论不确定性原理哥本哈根学派的观点：1.波函数精确描述单个体系的状态（玻恩的概率解释）2.测量仪器对粒子的干扰导致测不准关系（海森堡不确定性原理）3.在空间、时间中发生的微观过程和经典因果律不相容（牛顿力学不适用）量子论哥本哈根学派1927年第五届索尔维会议爱因斯坦：用概率解释现象可以，但不能解释其本质任何现象必然有其基本规律（因果论）量子论还不完备玻尔：量子的本质就是概率量子理论已完备量子论爱因斯坦对哥本哈根解释的质疑波函数的坍缩：不知道什么时候，电子云突然变成一个电子打在电子靶上。哥本哈根解释：没测量之前，粒子的状态模糊不清，同时处于各种可能的状态（叠加）。一旦测量，粒子便会随机地选择一种状态出现。但是：物理学没有一个公式能描述这种坍缩。量子论哥本哈根解释存在的问题量子论薛定谔对哥本哈根解释的反击•电子计算机的计算能力存在瓶颈•芯片所能集成的电子元件数量有限•摩尔定律•量子效应•芯片集成密度达到纳米级，出现量子效应量子计算机传统比特：任一时刻，非0即1，确定的量子比特：利用量子作出的单一比特，就称为量子比特（QuantumBit，Qubit）量子计算机量子比特有1/2的概率为状态|0>和|1>，所以量子计算机可以生成令传统电子计算机头疼的真正随机数。真正的随机性量子计算机n个量子比特，可以产生2n个所有可能组合（n位二进制数）。量子计算机的处理器有n个量子比特，同一时间执行一次运算，就可以同时对所有2n个不同状态作运算。按理论估算，一个有5000个量子比特的量子计算机，用30s就可以解决因式分解问题，而传统的电子计算机需要100亿年（地球的岁数是46亿年，太阳还有50亿年！）。量子计算机量子计算机对密码学的影响Questions计算上不可行计算上可行量子计算机（超级计算）密码学在所有问题基本上都是可计算的情况下，如何构建新的密码体制•世界上两大公认最难的学科①密码学：因为人类太聪明②量子物理：因为大自然太复杂量子密码学(QuantumCryptography)是量子物理与现代密码学相结合的产物，...
