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求根问题的量子计算算法 被引量:10
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作者 孙国栋 苏盛辉 徐茂智 《北京工业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第3期366-371,共6页
求根问题是计算数论中的一个困难性问题,为了提高求根问题的求解效率和扩大量子计算的应用范围,对求根问题进行了量子算法的分析.在两大量子算法Shor算法和Grover算法的基础上,提出了2种解决求根问题的量子算法RF-Shor算法和RF-Grover算... 求根问题是计算数论中的一个困难性问题,为了提高求根问题的求解效率和扩大量子计算的应用范围,对求根问题进行了量子算法的分析.在两大量子算法Shor算法和Grover算法的基础上,提出了2种解决求根问题的量子算法RF-Shor算法和RF-Grover算法.经分析,RF-Shor算法需要多项式规模的量子门资源,能以接近1的概率求出求根问题的所有解.在没有使用任何可提高搜索效率的经典策略的情况下,RF-Grover算法能在O(M/k)步内以至少1/2的概率求出求根问题k个解中的一个解. 展开更多
关键词 量子算法 求根问题 shor算法 GROVER算法
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量子噪声对Shor算法的影响
2
作者 黄天龙 吴永政 +2 位作者 倪明 汪士 叶永金 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期43-58,共16页
Shor算法能够借助量子计算机以多项式级别复杂度解决大整数因式分解问题,从而破解一系列安全性基于大整数因式分解的加密算法,例如Rivest-Shamir-Adleman加密算法、Diffie-Hellman密钥交换协议等.由于量子测量结果是概率性的,在运行量... Shor算法能够借助量子计算机以多项式级别复杂度解决大整数因式分解问题,从而破解一系列安全性基于大整数因式分解的加密算法,例如Rivest-Shamir-Adleman加密算法、Diffie-Hellman密钥交换协议等.由于量子测量结果是概率性的,在运行量子线路时很容易受到噪声的干扰,这将导致无法测量得到预期结果.本文分别研究了不同通道的噪声对Shor算法的影响,分别是去极化通道、状态制备与测量通道以及热退相干通道.本文模拟在噪声环境中运行Shor算法并且给出了数值结果.数值结果表明Shor算法成功分解整数的概率易受到噪声影响,其中去极化通道中的噪声能够以指数形式影响Shor算法成功分解整数的概率,其次是热退相干通道噪声,最后是状态制备与测量通道噪声,能够线性影响到Shor算法成功分解的概率.本文能够为后续纠错、改进Shor算法以及确定工程实现Shor算法所需要的保真度等提供建设性意见. 展开更多
关键词 量子计算 量子算法 量子噪声 shor算法
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量子求解欧拉函数破解RSA算法
3
作者 张兴兰 张丰 《信息网络安全》 CSCD 北大核心 2023年第7期1-8,共8页
量子计算根据量子力学原理设计,具有天然的并行计算优势。Shor算法是一个能够快速分解整数,从而有望破解RSA加密技术的算法。然而Shor算法存在着需要构造的模幂电路极其复杂、量子位数会影响后期连分式计算精度的缺点,因此难以在量子计... 量子计算根据量子力学原理设计,具有天然的并行计算优势。Shor算法是一个能够快速分解整数,从而有望破解RSA加密技术的算法。然而Shor算法存在着需要构造的模幂电路极其复杂、量子位数会影响后期连分式计算精度的缺点,因此难以在量子计算机上实现。针对上述问题,文章基于数论知识和RSA算法提出一种新的算法,设计相关量子线路去求解待分解整数N的欧拉函数,待量子求解出待分解整数的欧拉函数后,通过构造二元一次方程组可以求出整数N的两质因子。并且结合公钥可以进一步计算出私钥,从而对密文进行破译。文章所提算法在做到通用的基础上,只使用2n+2个量子比特,仅需要求解数的模乘,不用进行连分式计算,从而实现计算量和线路复杂度低的量子算法。 展开更多
关键词 量子计算 shor算法 RSA算法 欧拉函数
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The Future of Quantum Computer Advantage
4
作者 Jimmy Chen 《American Journal of Computational Mathematics》 2023年第4期619-631,共13页
As technological innovations in computers begin to advance past their limit (Moore’s law), a new problem arises: What computational device would emerge after the classical supercomputers reach their physical limitati... As technological innovations in computers begin to advance past their limit (Moore’s law), a new problem arises: What computational device would emerge after the classical supercomputers reach their physical limitations? At this moment in time, quantum computers are at their starting stage and there are already some strengths and advantages when compared with modern, classical computers. In its testing period, there are a variety of ways to create a quantum computer by processes such as the trapped-ion and the spin-dot methods. Nowadays, there are many drawbacks with quantum computers such as issues with decoherence and scalability, but many of these issues are easily emended. Nevertheless, the benefits of quantum computers at the moment outweigh the potential drawbacks. These benefits include its use of many properties of quantum mechanics such as quantum superposition, entanglement, and parallelism. Using these basic properties of quantum mechanics, quantum computers are capable of achieving faster computational times for certain problems such as finding prime factors of an integer by using Shor’s algorithm. From the advantages such as faster computing times in certain situations and higher computing powers than classical computers, quantum computers have a high probability to be the future of computing after classical computers hit their peak. 展开更多
关键词 Quantum Computers QUBIT DECOHERENCE SUPERPOSITION Entanglement PARALLELISM Hadamard Gates shor’s algorithm Bloch Sphere Moore’s Law
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Navigating the Quantum Threat Landscape: Addressing Classical Cybersecurity Challenges
5
作者 Sabina Sokol 《Journal of Quantum Information Science》 2023年第2期56-77,共22页
This research paper analyzes the urgent topic of quantum cybersecurity and the current federal quantum-cyber landscape. Quantum-safe implementations within existing and future Internet of Things infrastructure are dis... This research paper analyzes the urgent topic of quantum cybersecurity and the current federal quantum-cyber landscape. Quantum-safe implementations within existing and future Internet of Things infrastructure are discussed, along with quantum vulnerabilities in public key infrastructure and symmetric cryptographic algorithms. Other relevant non-encryption-specific areas within cybersecurity are similarly raised. The evolution and expansion of cyberwarfare as well as new developments in cyber defense beyond post-quantum cryptography and quantum key distribution are subsequently explored, with an emphasis on public and private sector awareness and vigilance in maintaining strong security posture. 展开更多
关键词 Quantum Computing Post-Quantum Cryptography (PQC) Quantum Hacking CYBERSECURITY Internet of Things (IoT) shor’s algorithm Quantum Random Number Generators (QRNGs) Pseudorandom Number Generators (RNGs) Quantum Key Distribution (QKD) Symmetric Key Cryp-tography Asymmetric Key Cryptography
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经典启发式量子计算整数分解问题
6
作者 张兴兰 张丰 +1 位作者 陈菲 郭艳琨 《北京工业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期675-683,共9页
大整数分解是破解RSA加密算法的基本途径之一,由于计算量过大,经典计算机难以有效解决大整数分解问题.量子叠加和纠缠的特性,使得量子计算可以对经典问题求解起到并行加速的作用.Shor算法是一个能够高效快速对大整数分解的量子算法.然而... 大整数分解是破解RSA加密算法的基本途径之一,由于计算量过大,经典计算机难以有效解决大整数分解问题.量子叠加和纠缠的特性,使得量子计算可以对经典问题求解起到并行加速的作用.Shor算法是一个能够高效快速对大整数分解的量子算法.然而,Shor算法需要进行模幂运算,使得电路设计极其复杂,时间复杂度也高.为了解决该问题,基于经典计算的启发,提出一种启发式算法:利用量子计算的并行性,设计相关Oracle去计算2个奇数叠加态a和b的乘积,再将叠加态乘积的负相位加在大整数N的傅里叶基上,当结果为0时,利用多控制门便能够将满足pq=N的一个质因子p给提取出来.该文提出的算法最低仅需要2n个量子比特,时间复杂度也达到指数级加速.另外,该文在QISKit框架上实现了该算法,证明了算法的可行性和通用性. 展开更多
关键词 整数分解 量子计算 shor算法 启发式算法 傅里叶基 QISKit
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基于矩阵作用问题的公钥密码体制抗量子攻击安全性分析
7
作者 黄华伟 《通信学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第3期220-226,共7页
半群作用问题作为离散对数问题的推广,在公钥密码的设计中有着重要应用。通过分析基于整数矩阵乘法半群在交换群直积上的作用问题的公钥密码体制,将矩阵看作直积元素的指数,这类矩阵作用具有类似群的指数运算法则。首先证明了若矩阵作... 半群作用问题作为离散对数问题的推广,在公钥密码的设计中有着重要应用。通过分析基于整数矩阵乘法半群在交换群直积上的作用问题的公钥密码体制,将矩阵看作直积元素的指数,这类矩阵作用具有类似群的指数运算法则。首先证明了若矩阵作用是单射或隐藏子群的生成元个数小于或等于矩阵阶的平方,则这类矩阵作用问题可在多项式时间归约为矩阵加法群直和的隐藏子群问题。其次证明了交换矩阵作用问题一定可在多项式时间归约为矩阵加法群直和的隐藏子群问题。因此基于这类矩阵作用问题的公钥密码体制无法抵抗量子攻击,该结论对抗量子攻击的公钥密码设计有理论指导意义。 展开更多
关键词 shor算法 隐藏子群问题 半群作用问题 公钥密码 抗量子攻击
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量子计算与量子计算机展望 被引量:3
8
作者 林雄 林帅 《微型机与应用》 2012年第22期4-6,共3页
量子计算和量子计算机的研究是当代信息科学所面临的一个重大科学课题。阐述了量子计算、量子逻辑门的基本概念和Shor算法,指出了当前实现大规模量子计算所遇到的困难和可能的解决办法。
关键词 量子计算 量子逻辑门 shor算法 量子计算机
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Realization of -bit semiclassical quantum Fourier transform on IBM's quantum cloud computer 被引量:1
9
作者 Xiang-Qun Fu Wan-Su Bao +5 位作者 He-Liang Huang Tan Li Jian-Hong Shi Xiang Wang Shuo Zhang Feng-Guang Li 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2019年第2期117-122,共6页
To overcome the difficulty of realizing large-scale quantum Fourier transform(QFT) within existing technology, this paper implements a resource-saving method(named t-bit semiclassical QFT over Z_(2~n)), which could re... To overcome the difficulty of realizing large-scale quantum Fourier transform(QFT) within existing technology, this paper implements a resource-saving method(named t-bit semiclassical QFT over Z_(2~n)), which could realize large-scale QFT using an arbitrary-scale quantum register. By developing a feasible method to realize the control quantum gate Rk, we experimentally realize the 2-bit semiclassical QFT over Z_(2~3) on IBM's quantum cloud computer, which shows the feasibility of the method. Then, we compare the actual performance of 2-bit semiclassical QFT with standard QFT in the experiments.The squared statistical overlap experimental data shows that the fidelity of 2-bit semiclassical QFT is higher than that of standard QFT, which is mainly due to fewer two-qubit gates in the semiclassical QFT. Furthermore, based on the proposed method, N = 15 is successfully factorized by implementing Shor's algorithm. 展开更多
关键词 QUANTUM CLOUD computation QUANTUM FOURIER TRANSFORM SEMICLASSICAL QUANTUM FOURIER TRANSFORM shor’s algorithm
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Shor算法的腔QED实现
10
作者 吴琴琴 《湖南工业大学学报》 2011年第2期1-4,共4页
基于阶梯形三能级原子与经典和量子腔场之间的共振相互作用,提出了一个在腔量子电动力学(QED)系统中实现Shor算法的方案,并具体介绍了实现Shor算法的操作方法。
关键词 shor算法 腔量子电动力学 幺正变换
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Implementation of ternary Shor's algorithm based on vibrational states of an ion in anharmonic potential
11
作者 刘威 陈书明 +3 位作者 张见 吴春旺 吴伟 陈平形 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第3期157-165,共9页
It is widely believed that Shor's factoring algorithm provides a driving force to boost the quantum computing research.However, a serious obstacle to its binary implementation is the large number of quantum gates. No... It is widely believed that Shor's factoring algorithm provides a driving force to boost the quantum computing research.However, a serious obstacle to its binary implementation is the large number of quantum gates. Non-binary quantum computing is an efficient way to reduce the required number of elemental gates. Here, we propose optimization schemes for Shor's algorithm implementation and take a ternary version for factorizing 21 as an example. The optimized factorization is achieved by a two-qutrit quantum circuit, which consists of only two single qutrit gates and one ternary controlled-NOT gate. This two-qutrit quantum circuit is then encoded into the nine lower vibrational states of an ion trapped in a weakly anharmonic potential. Optimal control theory(OCT) is employed to derive the manipulation electric field for transferring the encoded states. The ternary Shor's algorithm can be implemented in one single step. Numerical simulation results show that the accuracy of the state transformations is about 0.9919. 展开更多
关键词 ternary shor's algorithm anharmonic ion trapping optimal control theory vibrational state
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量子计算与量子密码的原理及研究进展综述 被引量:18
12
作者 王永利 徐秋亮 《计算机研究与发展》 EI CSCD 北大核心 2020年第10期2015-2026,共12页
量子计算与量子密码是基于量子效应的计算技术和密码技术.1984年Bennett和Brassard提出了第一个量子密钥分发协议,开启了量子密码学的研究,此后相继在量子加密、量子签名等领域进行了大量研究.1994年,Shor利用量子Fourier变换,设计了第... 量子计算与量子密码是基于量子效应的计算技术和密码技术.1984年Bennett和Brassard提出了第一个量子密钥分发协议,开启了量子密码学的研究,此后相继在量子加密、量子签名等领域进行了大量研究.1994年,Shor利用量子Fourier变换,设计了第一个实用的量子算法,在多项式时间内对大整数进行因子分解.1996年,Grover提出了量子搜索算法,能够对无结构数据进行二次加速.Shor算法和Grover算法的提出不仅体现了量子计算的优越性,还对传统基于数学困难问题的密码学体制造成威胁.经过半个世纪的发展,量子计算与量子密码在理论与实践的研究上都取得了丰硕的成果.从量子力学的数学框架、基本概念和原理、量子计算基本思想、量子密码研究进展及主要思想等方面进行总结梳理. 展开更多
关键词 量子计算 量子密码 shor算法 GROVER算法 量子密钥分发
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公钥密码的量子攻击研究现状与展望 被引量:5
13
作者 崔富鑫 王辈 +1 位作者 刘焱 李叶 《网络安全与数据治理》 2022年第9期3-12,共10页
近些年,随着量子计算的发展,以Shor算法为首的量子算法展现了对公钥密码体制的严重威胁。研究者们一方面研究量子算法对公钥密码的攻击实现,一方面着手后量子密码算法的过渡迁移。就此议题,首先介绍几类常用的公钥密码算法和相关量子攻... 近些年,随着量子计算的发展,以Shor算法为首的量子算法展现了对公钥密码体制的严重威胁。研究者们一方面研究量子算法对公钥密码的攻击实现,一方面着手后量子密码算法的过渡迁移。就此议题,首先介绍几类常用的公钥密码算法和相关量子攻击算法。其次,重点介绍Shor算法以及量子优化等算法攻击公钥密码算法的国内外研究现状,特别是对RSA和ECC的攻击实现以及当前存在的困难。最后,结合当前公钥密码量子攻击的研究进展以及后量子密码的发展,对产学研的未来发展规划作出了一些建议与展望。 展开更多
关键词 公钥密码 RSA ECC shor算法 量子优化算法
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量子计算算法介绍 被引量:6
14
作者 龙桂鲁 《物理》 CAS 北大核心 2010年第12期803-809,共7页
量子计算机利用量子力学原理进行计算,具有量子并行计算的优势,能够超越经典计算1990年中期,量子算法取得突破,舒尔(Shor)构造了大数质因子的量子算法,葛洛沃(Grover)构造了无序数据库的量子搜索算法,引起了人们对量子计算的重视,极大... 量子计算机利用量子力学原理进行计算,具有量子并行计算的优势,能够超越经典计算1990年中期,量子算法取得突破,舒尔(Shor)构造了大数质因子的量子算法,葛洛沃(Grover)构造了无序数据库的量子搜索算法,引起了人们对量子计算的重视,极大地推动了量子计算的研究.文章简单介绍了几个典型的量子算法以及量子算法研究的一些新进展. 展开更多
关键词 量子算法 舒尔(shor)算法 葛洛沃(Grover)算法 量子计算机
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基于Grover搜索算法的整数分解 被引量:4
15
作者 宋慧超 刘晓楠 +2 位作者 王洪 尹美娟 江舵 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2021年第4期20-25,共6页
非结构化搜索是计算机科学中最基本的问题之一,而Grover量子搜索算法就是针对非结构化搜索问题设计的。Grover量子搜索算法可用于解决图着色、最短路径排序等问题,也可以有效破译密码系统。文中提出基于Grover搜索算法并结合经典预处理... 非结构化搜索是计算机科学中最基本的问题之一,而Grover量子搜索算法就是针对非结构化搜索问题设计的。Grover量子搜索算法可用于解决图着色、最短路径排序等问题,也可以有效破译密码系统。文中提出基于Grover搜索算法并结合经典预处理实现整数分解。首先基于IBMQ云平台对不同量子比特的Grover算法量子电路进行了仿真,以及模拟使用Grover算法求解N的素因子P和Q;然后将化简后的方程转化为布尔逻辑关系,以此来构建Grover算法中的Oracle;最后通过改变迭代次数来改变搜索到解的概率。仿真结果验证了使用Grover算法求解素因子P和Q的可行性。文中实现了在搜索空间为16且一次G迭代条件下以近78%的成功概率搜索到目标项。文中还比较了Grover算法与Shor算法在求解一些数字时所耗费的量子比特数和时间渐近复杂度的差异。通过Grover量子搜索算法分解整数的实验拓展了该算法的应用领域,Grover算法的加速效果在大型搜索问题中尤为明显。 展开更多
关键词 GROVER算法 VQF算法 IBMQ 整数分解 shor算法
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基于申威26010处理器的大规模量子傅里叶变换模拟 被引量:5
16
作者 刘晓楠 荆丽娜 +1 位作者 王立新 王美玲 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2020年第8期93-97,共5页
量子计算由于其纠缠性和叠加性具有天然的并行优势,然而目前的量子计算设备受限于物理实现的工艺水平,距离可发挥巨大计算能力并解决有现实意义的实际问题还需要一定时间的技术积累和突破。因此,采用经典计算机对量子计算进行模拟成为... 量子计算由于其纠缠性和叠加性具有天然的并行优势,然而目前的量子计算设备受限于物理实现的工艺水平,距离可发挥巨大计算能力并解决有现实意义的实际问题还需要一定时间的技术积累和突破。因此,采用经典计算机对量子计算进行模拟成为验证量子算法的有效途径。量子傅里叶变换(Quantum Fourier Transform,QFT)是许多量子算法的关键组成部分,它涉及相位估计、求阶、因子等问题。对量子傅里叶变换的研究和大规模模拟实现,可以有效促进相关量子算法的研究、验证以及优化。文中使用我国自主研发的超级计算机——“神威·太湖之光”对大规模量子傅里叶变换进行模拟,并根据申威26010处理器异构并行的特点,采用MPI、加速线程库以及通信与计算隐藏技术进行优化。通过Shor算法中求解周期部分的运算来验证量子傅里叶变换模拟的正确性,实现了46位量子比特QFT算法的模拟和优化,为其他量子算法在超算平台上的验证优化以及新量子算法的提出提供了参考。 展开更多
关键词 量子傅里叶变换 申威26010 MPI 加速线程库 shor算法
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RSA公钥密码的威胁-Shor量子算法 被引量:1
17
作者 文卉 胡剑波 《舰船电子工程》 2008年第7期137-138,165,共3页
通过介绍量子计算基本思想、量子计算概念和RSA密钥原理,对shor算法原理及Shor算法如何完成大数因子分解进行分析,对比传统计算机和量子计算机运算速度的区别,对量子计算机的发展进行了探讨。
关键词 量子计算 RSA算法 shor算法
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一类抗量子计算的公钥密码算法研究 被引量:2
18
作者 游伟青 陈小明 齐健 《信息网络安全》 CSCD 2017年第4期53-60,共8页
密码技术是保障信息安全的核心技术,密码体制的安全依赖于密钥,管理密钥是一大难题。利用密钥协商技术能够实现密钥分配的任务,保障用户安全建立共享密钥。目前应用的密钥协商技术安全性设计大都建立在有限域下离散对数问题上,该问题在... 密码技术是保障信息安全的核心技术,密码体制的安全依赖于密钥,管理密钥是一大难题。利用密钥协商技术能够实现密钥分配的任务,保障用户安全建立共享密钥。目前应用的密钥协商技术安全性设计大都建立在有限域下离散对数问题上,该问题在量子计算机上已经有成熟的攻击方法,在量子计算机成功研制之前需要探索能够抵抗量子攻击的密钥交换技术。经典公钥密码系统的弱点随着量子技术的快速发展表现越来越突出。文章分析了RSA算法的安全性设计,介绍了一种经典的量子算法对经典公钥密码算法的攻击方法及其工作原理,总结了成熟的量子计算攻击特性,指出了寻找抵抗量子攻击的必要性及能够抵抗量子攻击的公钥密码实现平台要求。文章提出了一种强化的随机函数构造方法,给出了一种辫群上改进的密钥交换协议算法,并从设计安全性与实现效率两个方面对改进后的算法进行了相对全面的分析。 展开更多
关键词 量子计算 量子攻击 辫群 密钥交换 shor算法
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第一寄存器小Qubit量子计算攻击RSA研究 被引量:1
19
作者 王宝楠 陈宇航 +3 位作者 尹宝 胡风 张焕国 王潮 《网络与信息安全学报》 2017年第10期25-34,共10页
提出了针对RSA的小Qubit量子攻击算法设计,量子攻击的第一量子寄存器所需的Qubit数目由原先至少2L降低到L1,总体空间复杂度记为(L1,L),其中2L1≥r,r为分解所得周期。由于第一寄存器量子比特数的减少,降低了算法复杂度和成功率,且改进原... 提出了针对RSA的小Qubit量子攻击算法设计,量子攻击的第一量子寄存器所需的Qubit数目由原先至少2L降低到L1,总体空间复杂度记为(L1,L),其中2L1≥r,r为分解所得周期。由于第一寄存器量子比特数的减少,降低了算法复杂度和成功率,且改进原算法中模幂计算,提升运算速率。改进攻击算法的量子电路的时间复杂度为T=O(2L2)。在时间复杂度和空间复杂度上都有明显的进步。改进算法的成功率降低了,但实际成功求解时间,即每次分解时间/成功率,依然低于Shor算法目前的主要改进算法。完成了仿真模拟实验,分别用11、10、9 Qubit成功分解119的量子电路。 展开更多
关键词 shor算法 RSA算法 量子电路 小比特 攻击
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用分组法改进Shor算法的可能性 被引量:1
20
作者 刘丽 《清华大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第8期1233-1235,1239,共4页
分组算法被认为有可能降低经典的Shor算法复杂度至线性复杂度,且可能改善波粒二象计算机的计算能力。该文利用包括数论与概率论在内的纯数学方法,分析了这种想法的可能性。分2种情况讨论:1)底数变量是随机选取的方式,该思路与Shor的初... 分组算法被认为有可能降低经典的Shor算法复杂度至线性复杂度,且可能改善波粒二象计算机的计算能力。该文利用包括数论与概率论在内的纯数学方法,分析了这种想法的可能性。分2种情况讨论:1)底数变量是随机选取的方式,该思路与Shor的初衷是相吻合的;2)底数变量是有侧重选取的情形。在第2)种情形下,证明了对于任意给定的自然数k,存在某个N不符合线性约束,并对这种N在正整数中的分布作了讨论。总之,在这2种情况下,分组法都不能够成为降低Shor算法复杂度至线性复杂度的有效算法。Shor算法依然是已知的大数分解的算法中最优的算法。 展开更多
关键词 大数分解 shor算法 分组算法
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