经典启发式量子计算整数分解问题

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.     

一种基于量子保密通信及信息隐藏协议方案

为保证网络信息安全,提出了一种具有高安全性基于量子保密通信及信息隐藏协议方案.方案整体上采用与传统经典载体信息隐藏相类比的方法,根据量子态利用量子力学性质设计秘密信息编码方案隐藏秘密信息;利用2个n(n为大于2的整数)粒子纠缠态之间的纠缠交换、一个m粒子纠缠态与一个n(m、n为大于1的整数且m≠n)粒子纠缠态之间的纠缠交换设计秘密信息编码方案,将隐秘信道建立在量子保密通信协议中形成最终的量子信息隐藏协议.并且有望提高目前量子信息隐藏协议的隐藏容量和安全性.     

基于改进量子遗传算法的励磁控制系统PI参数优化

针对传统的量子遗传算法(QGA)需要根据具体的问题选择合适的量子旋转门来更新量子比特的状态,提出了一种无需量子门、通用的、与问题无关的改进量子遗传算法(IQGA)。在采用实数编码的量子遗传算法的基础上,结合粒子群优化算法更新量子比特的状态,代替了传统量子遗传算法用量子门更新量子比特,避免了传统量子遗传算法复杂二进制编码和解码过程,增强了量子遗传算法的使用范围。最后,将提出的IQGA应用到某水电站励磁控制系统的PI参数优化,与遗传算法(GA)、QGA进行了仿真对比分析,结果表明IQGA鲁棒性最强,算法运行时间比传统量子遗传算法时间大约缩短了8s,优化所得的PI参数用于励磁控制系统的性能最佳。     

基于量子卷积神经网络的图像识别新模型

为了解决卷积神经网络对内存和时间效率要求越来越高的问题,提出一种面向数字图像分类的新模型,该模型为基于强纠缠参数化线路的量子卷积神经网络。首先对经典图像进行预处理和量子比特编码,提取图像的特征信息,并将其制备为量子态作为量子卷积神经网络模型的输入。通过设计模型量子卷积层、量子池化层、量子全连接层结构,高效提炼主要特征信息,最后对模型输出执行Z基测量,根据期望值完成图像分类。实验数据集为MNIST数据,{0,1}分类和{2,7}分类准确率均达到了100%。对比结果表明,采用平均池化下采样的三层网络结构的QCNN模型具有更高的测试精度。     

多车型同时取送货问题的低碳路径研究

针对现代物流配送系统中提倡节能减排、配送中心多车型、车辆数量有限以及客户存在取送 货需求的特点,建立了多车型同时取送货的低碳路径问题的模型,同时建立了考虑车辆装载量、车 型和距离的碳排放量的计算方法．基于问题的性质,采用了量子进化算法对其进行求解,量子进化 算法是一种通过将常用的整数编码转换成量子比特位的编码方式,每一个染色体都代表某种车型 的行车路线方案,通过基准测试实例验证了算法的有效性和可行性,实验分析表明,针对多车型同 时取送货问题,以总碳排放最小为目标函数,采用随机选取车辆路径安排比传统的车辆路径安排更 加经济和环保．     

在超导系统中实现磁比特的1→n控制相位门

提出一种简单的方案在超导系统中来实现磁比特的1→n控制相位门,此相位门的特点是可实现一个比特同时对多个比特的相位控制.选取的超导系统是由n+1个磁比特和一个可等效为量子谐振腔的LC电路组成,每一个磁比特都可以通过外加的磁Φx和一个随时间变化的磁Φf(t)来调节.通过对外磁场的简单调节,即可实现磁比特的1→n控制相位门.并且所实现的控制相位门的操作时间与比特数目无关,因而可以在较短的时间内实现任意比特的控制相位操作,同时此方法在实验上也是可行的.     

以磁场为控制场的量子比特系统量子态的最优制备

针对以磁场为控制场的电子自旋量子比特系统,结合量子门实现量子态幺正演化的量子态调控机制,提出了一种量子比特系统任意量子态的最优制备策略。建立了该量子比特系统及其控制场的模型,借助李群李代数,由经典最优控制的思想来获得最优控制,从而实现了电子自旋量子系统任意量子态的最优制备。理论分析与仿真实验显示了该策略的优越性。     

基于量子舒尔变换和图像的信息隐藏

如何在载体(文本、图像、音频)中巧妙地嵌入秘密信息及扩大传输信息的容量一直是研究人员面临的挑战。从量子信息的角度提出了一种新的信息隐藏思想,在不破坏载体数据的情况下构造量子纠缠态实现了秘密信息的隐藏和传输。为了提高秘密信息的传输容量,将经过Schur变换压缩的量子秘密信息编码到纠缠态的相位中进行传输。在比特传输过程中,新协议能够安全隐蔽地发送秘密量子比特信息。接收方可以通过量子傅里叶变换和已接收量子态的测量结果来提取秘密信息并得到无损的量子图像。此外,还给出了提取秘密量子态信息的具体方法,将量子比特转换为经典比特信息,有效地提升了秘密信息传输容量。该方案在不牺牲载体图像质量的前提下,保证了秘密信息传输的安全性。     

格上的代理重签名方案

针对量子环境下基于大整数分解与离散对数困难问题代理重签名的不安全性,提出一种能够抵抗量子攻击的代理重签名方案．借助Xagawa的代理重加密技术和格上的无陷门签名技术,构造了第一个基于格的代理重签名方案,并运用格上的小整数解问题(Small Integer Solution,SIS)的困难性对其进行了安全性证明．证明和效率分析结果表明,该方案具有双向性、多次使用性、密钥最优性以及透明性,与基于其他困难问题的代理重签名方案相比,具有渐近计算复杂度低的优点．最后,把该方案扩展为基于身份的代理重签名方案．     

基于e次根攻击RSA的量子算法

量子算法的出现给现有的公钥密码体制带来了严峻挑战,其中,最具威胁的是Shor算法。Shor算法能够在多项式时间内求解整数分解问题和离散对数问题,使得当前应用广泛的RSA、ElGamal和ECC等公钥密码体制在量子计算环境下不再安全,因此研究量子计算环境下的密码破译就有重大意义。解决整数分解问题是Shor算法攻击RSA的核心思想,但攻破RSA并非一定要从解决整数分解问题入手。作者试图从非整数分解角度出发,设计攻破RSA密码体制的量子算法。针对RSA公钥密码体制的特点,通过量子傅里叶变换求出RSA密文C模n的e次根进而得到RSA的明文M。即不通过整数分解问题攻破了RSA。与以往密码分析者通过分解模数n试图恢复私钥的做法不同,直接从恢复明文消息入手,给出一个对抗RSA密码体制的唯密文攻击算法。研究表明,本文算法的成功概率高于利用Shor算法攻击RSA的成功概率。同时本文算法具有如下性质,即不通过解决整数分解问题实现攻破RSA,且避开了密文C模n的阶为偶数这一限制。     

多方控制的多粒子未知态双向量子隐形传态方案

从任意的未知单粒子态和双粒子态的量子隐形传态出发,提出了一种由多方控制的任意多粒子未知量子态的双向受控量子隐形传态方案。该方案的优点主要有：一是多方参与控制,提高了量子隐形传态的安全性;二是双向受控隐形传态实现了双向通信,提高了量子态信息传输的效率;三是操作简单,具有实验可操作性。     

量子通信网络中高斯信道的研究

从量子Fokker-Plank方程出发,在量子通信网络中构造出一种可行的量子高斯信道。变换Fokker-Plank方程的解并代入互信息公式经过一系列的复杂运算,得到相干态表象中的量子动力学互信息方程,在此基础上,提出具有可行性的量子态并行传播方案。该方案将光子加密态的系数看成信号,将传递在量子高斯信道中的信息进行编码后输入,然后通过提取和解码光子加密态的系数得到输出端信息。利用携带量子信息的谐振子编码态在量子高斯信道中进行传递,与经典高斯信道相比具有量子并行性的优点。     

面向IBM超导量子计算机的性能测试研究

随着 Google首次在53位量子比特超导量子计算机验证了量子霸权,近年来量子计算技术成为了研究的热点。虽然超导量子计算机拥有极为强大的运算潜力,但容易受到退相干、环境噪声、串扰等因素的影响。这将导致在量子计算机上执行较为复杂的量子算法时,其运行结果不准确,这也是量子计算机难以实用化的重要原因。目前,IBM研发的小规模超导量子计算机面向用户免费开放量子云平台,并定时对机器性能参数进行校准。利用IBM量子云平台部分机器,对读出误差、CNOT门误差及其量子体积进行7天测试,并与IBM量子云平台声明数据进行对比,来验证IBM云平台声明参数的可信度。结果证明实测值与IBM量子计算机声明值存在误差,且性能指标参数有浮动。通过对性能参数的测评,用户能够更准确、更快速地根据自身需求选择最佳的量子云平台机器进行算法实验。     

自旋链在量子信息中的应用

介绍了自旋链在量子信息过程中的应用,包括在量子密码和隐形传输中以及量子计算中的应用,自旋链可以充当量子通道用来传输量子态,自旋链也可以用来实现量子通用门。     

量子信息技术浅论

本文对量子信息技术作了一个介绍,说明了量子计算机,量子密码学以及量子隐形传态的优 点以及存在的难处。     

基于量子密码与保密通信研究

随着信息网络技术的快速发展,大量的信息需要通过网络传输,传统的保密通信系统面临着新的挑战。量子计算机可以轻易地破译以往认为非常难以破译的加密算法,发展新的加密技术极其重要。量子密码学建立在量子力学的基础上,用量子状态作为信息加密和解密的密钥,是一种全新的保密通信系统。与建立在复杂数学计算基础上的传统加密算法相比,量子密码技术在理论上是绝对安全的,在信息交流日趋频繁的今天具有广阔的应用前景。     

量子信息原理及其光学实现

首先概述了量子信息学中的基本概念和基本原理,包括量子纠缠、量子隐形传态、量子密集编码、量子克隆、通用量子逻辑门和量子算法;然后描述了光学系统中光子纠缠对的产生和光子量子比特的操作方法;最后介绍了光学量子信息研究的最新进展及其发展前景.     

概率隐形传态中客户透明特性的分析

给出了基于客户/服务模式概率隐形传态的一个双边协议，它达到成功隐形传态的最大概率。证明了Schmidt分解为 的部分纠缠共享量子信道对客户端是透明的；对于一般化部分纠缠量子信道，客户必需知道一个局域幺正算子，将量子信道变换为客户端透明的量子信道，才能执行概率隐形传态。     

高Q值微腔中二能级原子演化的操纵和量子反演

通过求解系统演化的主方程,研究了在高Q值腔中两能级原子的量子演化及其操控,特别是数值计算了在不同的场情况下原子在导入π脉冲后的演化.研究表明,在弱场情况下,作用于第一个原子的π脉冲不仅导致了第一个原子的量子演化的反演,还导致了后续第2个原子可以再现第1个原子的演化规律,从而为实现操控原子演化的规律和量子信息的传递提供了一种有效的方法.另外还提供了一种简单、方便可研判微腔中光子数的方法. 更多还原     

两方量子密钥协商协议的改进

针对Hsueh和Chen的基于最大纠缠态两方量子密钥协商协议存在安全漏洞,即发送方可单方控制共享密钥的问题,通过增加接收方的幺正操作给出了一个改进方案.利用幺正操作来代替对发送方的安全检测,这从根本上满足了量子密钥协商中各参与者都贡献于共享密钥的生成和分配这一基本要求,从而使其抗发送方攻击的安全性依赖于基本物理原理而非检测光子技术.安全分析表明,该方案可有效抵抗外部攻击和参与者攻击.与另一改进方案相比,该方案以更小的代价解决了原协议的漏洞,提高了协议效率.