9、量子计算前沿：盲量子计算与Shor算法的光学实现

量子计算前沿：盲量子计算与Shor算法的光学实现

1. 盲量子计算（BQC）的实验实现

1.1 背景与需求

尽管科技发展迅速，科学家已在离子阱、线性光学、超导量子电路和固态系统中实现了少量量子比特的量子计算机，但要成功实现真正实用的量子计算机仍面临巨大挑战。最初，只能建造少数需在特殊条件下工作的量子计算机，即量子服务器。那么，如何利用这些量子服务器完成计算任务，同时保障远程用户数据安全呢？经典密码学无法提供绝对安全保障，因为其安全性仅依赖于密码协议的数学计算复杂度和窃听者的能力限制。若密码协议数学复杂度低或窃听者能力强，就存在信息泄露风险。为此，科学家引入了盲量子计算（BQC）这一量子计算新方法。

1.2 盲量子计算原理

1.2.1 盲簇态的制备

簇态是单向量子计算的核心资源，只要在计算过程中对簇态进行单比特测量，就能实现确定性通用量子计算。不同测量方案对应不同量子算法。为确保整个量子计算过程安全，需找到一种不泄露计算信息且可用于单向量子计算的特殊纠缠态，即盲簇态。其制备过程如下：
1. 将所有量子比特初始化为状态(\vert\theta_j\rangle = \frac{1}{\sqrt{2}}(\vert0\rangle + e^{i\theta_j}\vert1\rangle))，其中(\vert0\rangle)和(\vert1\rangle)表示物理量子比特的计算基向量，(\theta_j)是从集合({0, \frac{\pi}{4}, \cdots, \frac{7\pi}{4}})中以等概率随机选取的相位。
2. 在每个粒子与其最近邻之间作用一个C - 相位门。

1.2.2