17、量子计算：从算法到硬件的全面探索

量子计算：从算法到硬件的全面探索

1. 量子密钥分发（QKD）的进展

在当今的科技领域，量子密钥分发（QKD）系统已经开始投入使用，也有不少公司在销售相关系统。2007 年，ID Quantique 搭建了一个系统，保障了瑞士议会选举期间计票站和日内瓦主投票办公室之间选票传输的安全，这是 QKD 在现实场景中的早期应用之一。

许多国家正在利用光纤进行小型量子网络的实验，未来还有望通过卫星连接这些网络，形成全球量子网络，这一工作引起了金融机构的极大兴趣。

目前，最引人注目的成果来自中国的量子实验卫星“墨子号”。它以中国古代光学研究的哲学家墨子命名，之前我们提到的量子隐形传态就借助了这颗卫星，它也被用于 QKD。中国团队与奥地利团队实现了洲际 QKD 连接，连接建立后，双方互相发送了图片，中国团队发送了“墨子号”的图片，奥地利团队则发送了薛定谔的图片。

2. Grover 算法与数据搜索

我们正步入大数据时代，高效搜索海量数据集成为众多大公司的首要任务。Grover 算法有望加速数据搜索。该算法由 Lov Grover 在 1996 年发明，和 Deutsch 算法、Simon 算法一样，它相对于经典算法的加速体现在查询复杂度上。

2.1 Grover 算法原理

为了理解 Grover 算法，我们先看一个简单的例子。假设有四张背面朝上的卡片，其中一张是红桃 A，我们要找出它。运气好的话，第一次翻牌就能找到；运气不好，可能要翻三张才能确定红桃 A 的位置。平均来说，需要翻 2.25 张牌。

我们把这个问题换一种表述方式。有四个二进制字符串：00、01、10 和 11，有一个函数