量子计算机编程：从入门到实践

单个量子比特

｜

27

2.6

　实践

：

量子监听检测

为了更实际地展现控制量子比特相对相位的优势，我们用一个更复杂的程序来结束本

章。示例

2-4

使用前面介绍的简单的单量子比特

QPU

指令来完成简化的

量子密钥分发

（

quantum key distribution

，

QKD

）。

QKD

是量子密码学领域的核心协议，通过它能安全地

传输信息。

假设

QPU

程序员

Alice

和

Bob

正在通过能够传输量子比特的信道相互发送数据。他们偶尔

会发送示例

2-4

描述的具有特殊构造的“监听检测”量子比特，用于测试所用的信道是否

被监听。

任何试图读取“监听检测”量子比特的监听者都有

12.5%

的概率被发现。因此，即使

Alice

和

Bob

在整个传输过程中只使用了

100

个这样的量子比特，监听不被发现的可能性

也只有约百万分之一。

Alice

和

Bob

可以通过交换一些不需要加密的传统数字信息来检测他们的密钥是否被泄露。

在交换信息后，他们测试一些量子比特，方法是读取量子比特并检查读取结果是否符合预

期。如果出现不一致，就说明有人在监听。该过程如图

2-19

所示。

Alice

Bob

连接

得到2个随机比特

随机

比特A

1

随机

比特A

2

针对A

1

随机

比特B

2

如果B

2

等于A

2

，

则这个值应该

等于A

1

针对B

2

针对A

2

设置值 应用HAD 监听 应用HAD 读取值

图 2-19：量子监听检测程序

以下给出代码。建议尝试运行示例

2-4

中的代码，并像探索任何其他代码片段一样进行调

整和测试。

示例代码

请在

http://oreilly-qc.github.io?p=2-4

上运行本示例。 ...