量子计算破解加密:用Shor算法分解真实数字

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你是否想过,如果有一天你继承了满满一银行 vault 的派,但进入的密码却是一个用数字 314191 加密的呢?你可能会想,如果没有量子计算机,这些派就永远只能看不能吃了。幸运的是,今天我们将用Shor算法来分解这个真实的数字!

量子计算机的神奇能力

首先,让我们回顾一下Shor算法的基本原理:对于任何与N有共同因数的猜测数字,如果我们能找到一个特殊的幂p,那么这个猜测数字的p/2次方加或减一将会是一个非常非常好的猜测。而我们可以通过一次复杂的量子计算迅速找到这个p。

开始分解

我们先从一个随机的猜测开始,比如101。检查101是否与314191有共同因数,发现它们没有。所以我们的目标是找到一个特殊的幂p,使得101的p/2次方加或减一成为与314191有共同因数的更好猜测。

量子计算机的运算过程

这时,量子计算机就派上用场了。它能将101提升到任何幂,并计算出这个幂超过314191的倍数多少。如果我们从314191以下的所有数字的叠加态开始,量子计算将会给出101的叠加态,包括101的一次方、二次方、三次方等等。

接下来,我们测量叠加态的余数,得到一个余数,比如74126。由此我们知道,量子态的其余部分是叠加在产生74126余数的幂上,而这些幂之间必然有一个固定的差值p。

量子傅里叶变换

下一步是将叠加态通过量子傅里叶变换,这将得到一个1/p、2/p、3/p等等的叠加态。由于这些数字较小,我们可以知道我们会得到1/4347、2/4347、3/4347等等的叠加态,但实际上我们并不知道它们具体是什么。

我们测量这个叠加态,随机得到一个值,比如5/4347。重复这个过程,我们最终会得到一个共同的因子1/4347,从而确定p为4347。验证发现101的4347次方确实比314191的某个倍数多1。

遇到问题,重新开始

但如果我们发现p是奇数,我们就得重新开始。比如,如果我们选择127作为新的猜测,经过相同的过程,我们会找到对应的p值为17388。这样,127的p/2次方加或减一就会是我们新的猜测。

使用欧几里得算法,我们发现314191与127的8694次方加一有共同因子829,与127的8694次方减一有共同因子379。计算829乘以379,我们得到了314191!这样我们就可以破解加密,吃到派了!

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