改进的量子遗传算法及应用

针对量子遗传算法在函数优化中迭代次数多,容易陷入局部最优解等缺点,提出新的量子遗传算法.该算法的核心是采用新的量子旋转门调整策略对种群进行更新操作,有效保证了种群的多样性,可以避免算法陷入局部最优解,提高了算法的全局寻优能力.同时能以更快的速度收敛于全局最优解.通过对典型复杂函数测试,计算结果表明,提出的算法优化质量和效率都要优于传统遗传算法和一般量子遗传算法.     

实数编码量子进化算法

为求解复杂函数优化问题,基于量子计算的相关概念和原理,提出一种实数编码量子进化算法.首先构造了由自变量向量的一个分量和量子比特的一对概率幅为等位基因的三倍体染色体,增加了解的多样性;然后利用量子旋转门和依据量子比特概率幅满足归一化条件设计的互补双变异算子进化染色体,实现局部搜索和全局搜索的平衡.标准函数仿真表明,该算法适合求解复杂函数优化问题,具有收敛速度快、全局搜索能力强和稳定性好的优点.     

一种基于细菌趋药行为的量子算法

菌群觅食优化算法具有算法简单、鲁棒性强和具备全局搜索能力的特点。但该算法收敛速度慢,对于多峰函数容易陷入局部最优。为提高菌群优化算法的搜索能力,避免其陷入早熟收敛,提出一种量子菌群算法,将二进制编码的量子进化算法融合到菌群算法中,用量子染色体表示细菌,用量子旋转门实现细菌状态更新。通过标准测试函数对其优化性能进行研究,实验结果表明,该算法无论是对于普通函数还是多峰函数,在收敛速度、收敛稳定性和寻找全局最优方面均优于菌群算法和量子遗传算法。     

基于量子位Bloch坐标的量子遗传算法及其应用

提出了一种基于量子位Bloch坐标的量子遗传算法. 该方法用量子位构成染色体; 用量子位的Bloch坐标构成染色体上的基因位; 用量子旋转门进行染色体上量子位的更新; 用量子非门进行染色体变异. 对于量子旋转门的转角大小及方向的确定, 提出了一种简易快捷的新方法; 对旋转和变异操作, 提出了基于量子位Bloch坐标的新算子. 该算法将量子位的3个Bloch 坐标都看作基因位, 每条染色体包含3条并列的基因链, 每条基因链代表1个优化解.在染色体数目相同时, 可加速优化进程. 以函数极值优化和神经网络权值优化为例, 仿真结果表明该方法在搜索能力和优化效率两个方面优于普通量子遗传算法和简单遗传算法.     

双链量子遗传算法的收敛性分析

基于实数编码和目标函数梯度信息的双链量子遗传算法可增加种群的多样性、扩大解空间的搜索域、加速算法的进化进程、避免早熟收敛现象,但没有从理论上证明该算法的收敛性。为此,给出相应的定理,利用定理从理论上证明该算法的收敛性,通过仿真实例,论述量子编码和量子旋转门对算法收敛性和优化效率的影响。结果表明,该研究丰富和完善了双链量子遗传理论。     

基于改进量子遗传算法的过程神经元网络训练

针对过程神经元网络由于模型参数较多BP算法不易收敛的问题,提出一种基于量子位Bloch坐标的量子遗传算法.将该算法融合于过程神经网络的训练.按权值参数的个数确定量子染色体上的基因数并完成种群编码,通过新的量子旋转门完成个体的更新.算法中的每条染色体携带3条基因链,因此可扩展对解空间的遍历性,加速优化进程.以两组二维三角函数的模式分类问题为例,仿真结果表明该方法不仅收敛速度快,而且寻优能力强.     

多宇宙并行量子衍生遗传算法研究

将量子的多宇宙特性和遗传算法相结合,提出了多宇宙并行量子衍生遗传算法。算法中将种群分成若干个独立的子群体,称为宇宙。给出了不同宇宙数量下的并行拓朴结构,提出了宇宙内采用量子旋转门演化和量子变异,宇宙间采用移民和量子交叉的两种信息交互方式,能有效克服早熟收敛现象,使得搜索效率和搜索能力得到更进一步提高。典型函数优化实验验证了该文所提算法的有效性。     

基于通用量子门的量子遗传算法及应用

为加快量子遗传算法的参数更新速度,简化遗传操作步骤,提出了一种基于通用量子门的量子遗传算法（Quantum Genetic Algorithm with Universal Quantum Gate,UQGA）。该方法以通用量子门为逻辑计算单位,对染色体进行遗传操作。利用Hadamard门进行基础变换;通用量子门通过新的旋转角度函数,对各个基因位进行选择、变异操作;通过求解适应度函数,得到全局最优解;同时,算法经数学证明是收敛的。该算法应用到函数极值搜索和Iris数据集特征选择中。实验结果表明,UQGA具有较好的全局搜索和特征选择性能,尤其是在收敛速度、运算时间和分类准确率方面明显优于普通量子遗传算法和普通遗传算法。     

一种变步长双链量子遗传算法

为了克服基于实数编码和目标函数梯度信息的双链量子遗传算法存在收敛速度慢和鲁棒性较差的缺点,提出了一种自适应变步长双链量子遗传算法。建立了反映目标适应度函数变化率的数学模型;构造了反映当前搜索点处适应度相对变化率的变步长系数k,通过调整k以改善适应度函数相对变化率从而优化解的搜索过程;提出了在迭代过程中的量子旋转门转角[Δθ]更新策略。针对复杂连续函数的优化问题,设计了算法的具体实施步骤,并对典型复杂函数进行了仿真。结果表明,该算法有效地改善了双链量子遗传算法的鲁棒性,加快了算法收敛速度。     

一种量子衍生神经网络模型

为提高神经网络的逼近能力,通过在普通BP网络中引入量子旋转门,提出了一种新颖的量子衍生神经网络模型. 该模型隐层由量子神经元组成,每个量子神经元携带一组量子旋转门,用于更新隐层的量子权值,输入层和输出层均为普通神经元. 基于误差反传播算法设计了该模型的学习算法. 模式识别和函数逼近的实验结果验证了提出模型及算法的有效性.     

量子计算与量子计算机

量子计算的强大运算能力使得量子计算机具有广阔的应用前景。该文简要介绍了量子计算的发展现状和基本原理,列举了典型的量子算法,阐明了量子计算机的优越性,最后预测了量子计算及量子计算机的应用方向。     

量子搜索及量子智能优化研究进展

为了提高智能优化算法的收敛速度及优化性能,目前国内外将量子计算机制和传统智能优化相融合,研究和提出了多种量子进化算法及量子群智能优化算法;为了进一步推动该领域的研究进展,系统地介绍了国内外提出的多种量子搜索及量子智能优化算法,其中包括量子搜索、量子衍生进化、量子神经网络三个方面内容;总结出目前改进量子搜索算法的主要机制和量子计算与传统智能计算的主要融合方式,并展望了量子搜索和量子智能优化有待进一步研究和需要解决的问题。     

量子信号处理*

对量子系统的基本原理以及建立在对这一理论体系进行仿真基础上的量子信号处理算法的理论框架进行了分析和研究,提出了量子信号处理在信号处理和图像处理领域的应用方法,并根据量子信号处理的理论框架得到了更为通用的量子算法设计模型,指出了量子算法所具有的并行化特性,为算法并行化提供了一种新的思路。     

量子传感器

量子系统状态的检测与经典控制中的检测技术有着显著区别,它需要量子传感器来完成.量子传感器是根据量子力学规律、利用量子效应设计的、用于执行对系统被测量进行变换的物理装置.在讨论了量子态测量问题的基础上,对量子传感器的概念进行了系统阐述,介绍了超导量子干涉装置(SQUID)传感器和量子霍尔传感器,从非破坏性、实时性、灵敏性、稳定性和多功能性等方面分析了量子传感器的性能要求.     

Quantum Malware

When quantum communication networks proliferate they will likely be subject to a new type of attack by hackers, virus makers, and other malicious intruders. Here we introduce the concept of “quantum malware” to describe such human-made intrusions. We offer a simple solution for storage of quantum information in a manner, which protects quantum networks from quantum malware. This solution involves swapping the quantum information at random times between the network and isolated, distributed ancillas. It applies to arbitrary attack types, provided the protective operations are themselves not compromised.     

量子程序设计语言NDQJava

量子程序设计语言自1996年出现以来,颇受业界重视.在简述几种有代表性的量子程序设计语言之后,着重阐述自行设计之量子程序设计语言NDQJava之概貌,其中包括设计准则、语言风范、硬件平台、基本成分以及示例等.此外,还提及相关工作.     

Quantum Communication and Information Processing with Quantum Dots

This paper reviews the single photon sources based on semiconductor quantum dots and their applications to quantum information systems. By optically pumping a system consisting of a semiconductor single quantum dot confined in a monolithic microcavity, it is possible to produce a single photon pulse stream at the Fourier transform limit with a negligible jitter. This single photon source is not only useful for BB84 quantum key distribution (QKD), but also find applications in other quantum information systems such as Ekert91/BBM92 QKD and quantum teleportation gate linear optical quantum computers.     

量子密码学的研究进展

量子密码术是一种新的重要加密方法，它利用单光子的量子性质，借助量子密钥分配协议可实现数据传输的可证性安全．量子密码具有无条件安全的特性(即不存在受拥有足够时间和计算机能力的窃听者攻击的危险)，而在实际通信发生之前，不需要交换私钥．本文综述了量子密码学的研究进展，其中包括了量子密码学的物理基础、量子密钥分配、保密增强、量子密钥的实用性以及目前技术限制所存在的缺陷．     

Quantum Hypercomputation

We explore the possibility of using quantum mechanical principles for hypercomputation through the consideration of a quantum algorithm for computing the Turing halting problem. The mathematical noncomputability is compensated by the measurability of the values of quantum observables and of the probability distributions for these values. Some previous no-go claims against quantum hypercomputation are then reviewed in the light of this new positive proposal.