辅助量子比特驱动型通用盲量子计算

应用量子隐形传态将Broadbent等人提出的通用盲量子计算(universal blind quantum computation)模型和辅助量子比特驱动型量子计算(ancilla-driven universal quantum computation)模型进行结合, 构造一个新的混合模型来进行计算。此外, 用计算寄存器对量子纠缠的操作来代替量子比特测量操作。因为后者仅限于两个量子比特, 所以代替后的计算优势十分明显。基于上述改进, 设计了实现辅助驱动型通用盲量子计算的协议。协议的实现, 能够使Anders等人的辅助驱动型量子计算增强计算能力, 并保证量子计算的正确性, 从而使得参与计算的任何一方都不能获得另一方的保密信息。     

量子计算

近几年来,量子计算机逐渐引起人们的关注。对于计算机科技人员,量子计算机似乎高深莫测。文章是专门为那些不懂量子力学而又想了解量子计算机的计算机工作者撰写的。介绍了和量子计算有关的术语和符号,并着重阐明一个n位量子寄存器为何能存储2^n个n位数？量子计算机的一次操作为何能计算所有x的f(x)？对于解栽些问题,量子计算机为何能有惊人的运算速度？除了上面3个问题外,还将介绍基本的量子逻辑门和量子逻辑网络,接着介绍一个量子算法,然后介绍量子计算机的组织结构,最后是讨论,将评价量子计算机的优势和弱点,并讨论量子计算机的物理实现和对量子计算的展望。     

量子算法与量子衍生算法

随着经典计算发展日趋缓慢,量子计算正逐渐成为研究领域的关注热点.该文简要介绍了量子计算的基本原理.接着,从当前量子计算领域中的两个活跃研究方向——量子算法和量子衍生技术研究出发对整个量子算法领域主要发展脉络进行梳理并总结目前量子计算研究的发展规律.最后,该文针对这两个方向提出了若干量子计算领域的发展趋势.通过对量子计算研究领域的综述和展望,对后续量子计算研究发展具有一定的指导意义.     

一种面向含噪中尺度量子技术的量子-经典异构计算系统

量子计算有望加速解决经典计算难以解决的问题,如质因子分解、量子化学模拟等.已有单个量子系统可集成大于50个含噪声的固态量子比特,并在特定的计算任务上超越了经典计算机,标志含噪中尺度量子(noisy intermediate-scale quantum,NISQ)计算时代的到来.随着人们可在单个系统中集成越来越多的量子比特,如何将量子比特与控制硬件、软件开发环境、经典计算资源集成得到完整可用的量子计算系统,是一个有待进一步明确的问题.对比了量子计算与经典计算在控制及执行上的异同,并在此基础上提出了面向NISQ时代的量子-经典异构系统.以一个典型的NISQ算法(迭代相位估计算法)为例,介绍了量子算法从软件描述到硬件执行的整体流程,及与该过程相关的高级程序设计语言、编译器、量子软硬件接口和硬件等.在此基础上,讨论了流程中各个层次在NISQ时代面临的挑战.旨在从工程实现的视角,从宏观层面为读者(尤其是量子计算初学者)介绍量子计算系统,希望可以促进人们对NISQ时代下量子计算系统整体结构的理解,并激发更多相关研究.     

基于测量的量子线路

量子线路模型是使用最广泛的量子计算模型,它对于量子算法的构造和量子计算机的物理实现提供了一个基本框架.利用测量演算和分布式量子计算的基本思想,提出了测量量子线路模型(measurement quantum circuits model).测量量子线路主要考虑测量结果对酉运算的影响,测量结果和酉运算之间的关系以及测量基量子线路的在纯态和混合态上的作用.讨论了2个基元运算的并运算,以及连接运算,它们都是封闭的.基于此,定义测量量子线路的基本运算元,并证明任何一个测量量子线路是一个量子运算并举例得以说明.     

对计算科学与计算机发展的思考

随着计算科学的发展,人们所使用的计算工具也在不断的进步。从传统的算筹、算盘到电子计算机,从电子计算机再到量子计算系统,计算工具获得了持续的创新。而计算工具的革新,赋予了人们更强的科研能力,从而促进了计算科学的进步。     

量子神经网络

1 引言计算的实质是一个物理过程,要受到物理规律的支配。现代的计算技术建立在经典物理学基础之上,而量子计算(Quantum Computing)则是建立于量子理论的原理之上。目前,量子计算之所以获得广泛瞩目,是由于它能极大地提高计算的效率,具有沟通与大脑和意识关系的潜力,以及当计算机技术发展到纳米量级时必须考虑到量子效应等原因。     

量子计算模拟及优化方法综述

在处理某些大规模并行问题时,量子计算因量子位独特的叠加态和纠缠态特性,相比经典计算机在并行处理方面具有更明显的优势。现阶段,物理量子比特计算机受限于可扩展性、相干时间和量子门操作精度,在经典计算机上开展量子计算模拟成为研究量子优越性和量子算法的有效途径。然而,随着量子比特数的增加,模拟所需的计算机资源呈指数增长。因此,研究大规模量子计算模拟在保证计算准确度、精度及效率的情况下减少模拟所需资源具有重要意义。从量子比特、量子门、量子线路、量子操作系统等方面展开,阐述量子计算的基本原理和背景知识。同时总结基于经典计算机的量子计算模拟基本方法,分析不同方法的设计思路和优缺点,列举目前常见的量子计算模拟器。在此基础上,针对量子计算模拟的通信开销问题,从节点拆分和通信优化2个方面出发,讨论基于超级计算机集群的量子计算模拟优化方法。     

基于量子漫步的图形匹配算法进展与展望

图形匹配是图形研究中的重要问题,目前的经典算法受限于存储资源和计算复杂度,未能提供有效的解决方法.基于量子效应,将图形信息存储于量子比特,不仅能够极大减少存储资源的消耗,而且对量子比特进行操作可实现对存储信息的并行计算,从而为有效解决图形匹配问题提供了新的可能.量子漫步作为量子计算中的重要模型,是分析研究图形问题的有效工具.总结了量子计算的特点,介绍了量子漫步的2种模型并对二者进行了比较.然后对目前已有的基于量子漫步的图形匹配算法进行了介绍,对其算法思想、计算过程和优缺点进行了描述,同时还提出了相应的改进思路.在总结分析目前研究存在问题的基础上,探讨了今后的研究方向.     

量子遗传算法及其在多用户检测中的应用

量子计算与遗传算法相结合的量子遗传算法是当今计算智能领域的一个前沿课题。文章从研究遗传算法在并行实现上的困难和改进方法出发,探讨了量子计算与遗传算法结合的理论基础,分析了量子遗传算法的理论和结构,最后提出了一种基于量子遗传算法的多用户检测方法。仿真结果表明,基于量子遗传算法的多用户检测器抗多址干扰的能力明显优于经典遗传算法多用户检测器。     

广义量子Loop程序初探

在经典计算中,Loop程序是非常重要的程序。对量子计算中Loop程序进行研究非常必要。定义了体为量子运算的广义量子Loop程序,给出了量子Loop程序在输入态上终止,几乎终止以及不终止的定义基于任意的初始态。并证明了量子Loop程序在给定输入态上终止的充要条件以及程序终止的充要条件。作为应用,验证了体为酉运算的量子Loop程序嵌套是一个广义的量子Loop程序。     

Quantum probabilistically cloning and computation

In this article we make a review on the usefulness of probabilistically cloning and present examples of quantum computation tasks for which quantum cloning offers an advantage which cannot be matched by any approach that does not resort to it. In these quantum computations, one needs to distribute quantum information contained in states about which we have some partial information. To perform quantum computations, one uses state-dependent probabilistic quantum cloning procedure to distribute quantum information in the middle of a quantum computation. And we discuss the achievable efficiencies and the efficient quantum logic network for probabilistic cloning the quantum states used in implementing quantum computation tasks for which cloning provides enhancement in performance.     

量子Daubechies-D（4）小波变换算法及应用研究

由于量子计算相比经典计算具有突出的优越性,设计基于通用量子语言Q_language的量子Daubechies-D（4）小波变换算法对于小波变换的应用和量子算法的完善具有重要的意义。文章分析了Daubechies-D（4）小波变换过程,给出了量子Daubechies-D（4）小波变换算法的Q_language语言描述,并分析得出其时间和空间复杂度,给出了实现量子Daubechies-D（4）小波变换应用方法。     

通用的辅助量子计算

设计了一个通用的辅助量子计算协议。该协议的客户端Alice仅拥有经典计算机或有限的量子技术,这些资源不足以让Alice做通用量子计算,因此Alice需要把她的量子计算任务委派给远程的量子服务器Bob。Bob拥有充分成熟的量子计算机,并会诚实地帮助Alice执行委派的量子计算任务,但他却得不到Alice的任何输入、输出信息。该协议只要求Alice能发送量子态和执行Pauli门操作,协议具有通用性、半盲性、正确性和可验证性。     

Quantum software framework: a tentative study

In this paper we conduct a tentative study on the requirements and the structure for a quantum computer at the software level. From the software point of view, we describe the methodology used to minimize the decoherence. We construct the quantum instruction set for the higher-level computation. We also study the criteria for designing the quantum programming languages.     

量子计算的研究与应用

对量子计算的最新研究方向进行了介绍,简述了量子计算和量子信息技术的重要应用领域。分析了量子计算机与经典计算机相比所具有的优点和目前制约量子计算机应用发展的主要因素,最后展望了其未来发展趋势。     

量子Harr小波变换及其逻辑实现

由于量子计算相比于经典计算的突出优越性,量子小波变换的实现对于小波变换的理论完善和实际应用具有重要的意义.在给出了正移置换矩阵的量子逻辑线路后,运用矩阵扩展Kronecker积,基于W-H变换和正移置换矩阵对Harr小波矩阵进行了分解,给出了相应的数学表达式和量子逻辑线路.并对其实现复杂度和物理实现可能性进行了分析.     

On Reversible Combinatory Logic

The λ-calculus is destructive: its main computational mechanism – beta reduction – destroys the redex and makes it thus impossible to replay the computational steps. Recently, reversible computational models have been studied mainly in the context of quantum computation, as (without measurements) quantum physics is inherently reversible. However, reversibility also changes fundamentally the semantical framework in which classical computation has to be investigated. We describe an implementation of classical combinatory logic into a reversible calculus for which we present an algebraic model based on a generalisation of the notion of group.