基于光量子芯片的量子自旋链中完美态转移可编程量子模拟

近些年,量子计算物理实现技术进步很快,构建能够发挥实际用途的量子计算装置成为发展重点。采用量子模拟研究量子自旋系统的演化行为,相比于经典模拟会更加高效。一维量子自旋链中完美态转移模型在量子通信和量子计算领域具有重要的研究价值。提出一种基于双光子连续时间量子漫步的可编程完美态转移量子模拟方法,并且基于光量子芯片完成了2类特殊哈密顿量作用下XY型量子自旋链中双激发“周期-镜像”完美态转移的量子模拟实验,为模拟量子自旋系统的演化提供了一种实用且可扩展的实验方案。     

Grover算法改进与应用综述

量子信息科学是一门新兴的交叉学科,它在信息领域中有着独特的性能,在提高运算速度、确保信息安全、增大信息容量和提高检测精度等方面可突破现有经典信息系统的极限.Grover算法是一类典型的量子算法,能够对任意经典暴力穷举搜索问题实现二次加速,进一步推动了量子计算的发展,如何有效地改进和应用Grover算法成为量子计算的一个重要研究领域.文中综述了Grover算法的优化改进和应用,对Grover算法在不同领域应用及不同方面的改进进行了概述,并对Grover算法未来的改进和相关应用的若干研究方向进行了探讨.     

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.     

基于网格的量子博弈聚类算法

量子博弈是对经典博弈的量子模拟,利用量子的纠缠态,可以使博弈参与人在博弈策略的选择过程中相互影响,从而得到与经典博弈不同的结果。将量子博弈运用于聚类问题,并提出一种基于网格的量子博弈聚类算法。算法将数据点看作是博弈的参与人,通过在收益矩阵中内嵌距离函数,使相似的数据点能够获得更大的收益,从而形成聚类。此外,通过设定网格合并规则,使博弈过程得到了简化。仿真实验表明,算法在聚类质量上优于传统的K-means等算法。最后,就算法中的几个参数对算法性能的影响进行了讨论,并给出了参数选择的建议。     

基于参数化量子电路的量子卷积神经网络模型及应用

量子神经网络结合了量子计算与经典神经网络模型的各自优势, 为人工智能领域的未来发展提供了一种 全新的思路. 本文提出一种基于参数化量子电路的量子卷积神经网络模型, 能够针对欧几里得结构数据与非欧几里 得结构数据, 利用量子系统的计算优势加速经典机器学习任务. 在MNIST数据集上的数值仿真结果表明, 该模型具 有较强的学习能力和良好的泛化性能.     

量子博弈:新方法与新策略

论述了量子博弈的研究现状和最新进展,首先介绍了量子博弈中的一些基本概念和主要模型,即量子翻硬币模型、Eisert量子博弈模型和量子Monty Hall模型;然后以这些模型为基础,讨论了当前量子博弈研究中的热点问题：多人量子博弈、状态纠缠、进化稳定策略和平衡态、退相干性等;最后,对量子博弈的未来发展方向做了一些展望。     

量子芯片测评技术综述

在研制量子芯片时对其性能进行测评,以校准量子算法实际执行结果与理论结果的拟合程度是量子计算优于经典计算的重要一步.然而,目前国内外对量子芯片性能测评方面并没有统一的基准测试,对于量子芯片局部指标的测评标准容易导致人们对芯片整体性能的误解.鉴于此,本文首先简述现有的量子芯片性能指标,其次通过对测评方法进行分类,概述现今量子芯片测评方法,最后总结量子芯片测评技术的现存问题并对未来的测评技术进行展望.本综述可为从事相关工作的人员进行查阅提供便利.     

量子计算技术在金融领域的应用探索

量子计算是一种遵循量子力学规律调控量子信息单元进行计算的新型计算机制,被认为在特定算法上可实现并行处理能力,对信息领域技术变革有着重要意义。针对近年来量子计算在金融领域应用进展进行梳理总结。首先,从量子计算基本原理出发阐述了量子比特、量子逻辑门、量子线路等基础理论,重点分析了实现量子计算几种技术路线优缺点;其次,归纳总结了量子计算在衍生品定价、投资组合优化、风险计量、欺诈检测和市场预测方面算法研究进展,以及量子金融软件开发的主要组成架构;最后,分析了目前量子计算技术在金融领域应用发展的三大挑战：人才问题、效率问题、合规性问题,并对未来发展趋势进行展望,为相关领域研究提供参考。     

后量子可证明安全研究

后量子密码经过数十年的发展，其效率已经趋于实用化，其标准化工作也正在开展中。与此同时，对量子环境中的密码方案的可证明安全理论的研究在近十年也备受关注。本文将介绍近年来后量子可证明安全领域的发展和研究现状，包括经典密码方案在量子环境中的安全模型建立、安全概念定义，以及经典环境和量子环境中的安全性的分离结论和蕴含结论，并重点介绍量子随机谕言模型中的安全性证明。对后量子可证明安全理论的研究，对于合理评估密码算法在量子环境中的安全性、实现到后量子密码算法的安全平稳过渡具有重要意义。     

QKD网络量子信道管理关键技术研究

随着网络的发展,网络传播的信息日益增多,其中某些信息需要较高的安全性,因此信息加密手段的研究具有重大意义。量子密钥分发(Quantum Key Distribution,QKD)技术基于量子力学中的不可克隆定理,即不可能复制一个未知的量子态而不对其造成扰动,保证了其无条件的安全性,能够实现安全的密钥分发。但目前QKD网络规模较小,不能满足大规模组网的需求。同时,经典网络的路由技术已经不能适应QKD网络,量子信道寻径成为了一个需要解决的问题。鉴于以上问题,提出了一种能够满足较大规模QKD通信的基于光开关切换的QKD网络模型,并重点设计了其网络结构和信令体系,在此基础上设计了一个用于量子信道寻径的先导信号协议,并提出了量子信道管理机制。经实验验证,该模型的性能良好。     

利用多目标量子粒子群算法求解背包问题

提出一种基于博弈论的多目标量子粒子群算法。算法中将每个目标函数看成是一个智能体,智能体控制种群往自己最有利的方向进行搜索,然后将它看成是参与博弈的一个参与人。采用存在一个博弈序列的重复博弈模型,在重复博弈中,并不是每次博弈都产生最大效益,而是要总的效益最大化。将算法用于求解多目标0/1背包问题。仿真实验结果表明,该算法能够找到接近Pareto最优前端的更好的解,同时维持解分布的均匀性。     

量子信息技术与区块链的融合模式研究

区块链与量子信息技术是近年来兴起的前沿科学技术,受到了业界广泛的关注与研究。其中区块链具有去中心化性质,以区块链为核心技术的应用在金融科技、物联网、民生与政治等诸多领域相继涌现。量子信息技术主要分为量子计算、量子通信、量子测量。其中量子计算的研究主要体现在相较于经典计算的计算优越性,量子计算的运行速度已被证明在解决某些复杂问题上远超经典计算。而在两者迅猛发展的同时,相互之间也存在亟需解决的问题。由于区块链采用的部分经典密码学技术已被证明会被量子计算破解,例如基于非对称密码体制的数字签名,导致区块链的安全受到威胁。针对此问题,已有研究表明,将量子信息技术应用于区块链,可以保护其不受量子攻击。以区块链与量子信息技术相结合为出发点,通过介绍区块链和量子计算的基本结构,以及分析区块链遭受的量子挑战并总结现有的量子解决方案,指出区块链和量子信息技术的融合可以促进区块链在量子时代良好地发展,而这也是不可阻挡的趋势。     

基于越库配送车辆调度的混合量子遗传算法(QGA)研究

量子遗传算法(QGA)是将经典的量子理论应用到遗传算法当中,将量子态引入传统比特模型中,一种新型的求解最优问题的算法。越库配送车辆调度是一类经典的组合优化问题,基于量子遗传算法,针对提高物流配送过程中要求的快速和高效的问题,本文研究了一种混合量子遗传算法的框架,提出了解决传统物流调度中的配送优化方案的新思路,研究了新的量子更新和概率调整的策略,使该方法更加贴合物流配送的实际问题,实验结果显示,采用混合量子遗传算法后的性能明显优于传统的量子遗传算法,取得了更高的最佳适应度,具有良好的应用前景。     

一维量子卷积计算

研究了一维信息编码为量子态后进行量子卷积计算的量子线路模型。基于量子图像表示和经典信息的卷积算法,设计出了一维量子卷积计算的量子线路结构,表明量子卷积计算可以以[O(n2)]的复杂度计算卷积。与经典卷积相比,量子卷积计算由于利用量子并行计算在计算速率上达到了指数级的加速,为量子卷积神经网络卷积层的设计实施作铺垫。     

NEQR量子图像下的差分扩展可逆数据隐藏算法

量子图像安全处理是一个新兴的研究领域,而量子图像数据隐藏是量子图像安全处理技术的一种,在不损害载体的情况下可用于保护量子图像的版权和认证量子图像是否完整。目前尚缺乏对量子图像可逆数据隐藏的详细技术研究。结合差值扩展技术,本文提出了一种量子图像可逆数据隐藏算法：1）选用NEQR量子图像表示法来表示图像;2）借鉴经典的差值扩展算法,在NEQR量子图像上对量子比特进行处理,可逆嵌入数据;3）设计了信息嵌入、信息提取和载体无损恢复的量子线路图,并进行了仿真。基于经典图像的实验结果表明,本文算法是可逆的,可用于将来对量子图像的认证和保护。     

量子计算及量子算法研究进展

量子相干性和量子纠缠等特性为量子计算带来了完全不同于经典计算的独特运算方式,量子计算表现出的并行性更是令经典运算望尘莫及。Shor算法的提出完全展示了量子算法在解决某些经典问题时的优势,接踵而至的Grover搜索算法进一步诠释了量子计算的威力。此后,算法“量子化”在国际上掀起了研究的热潮,尤其在量子智能算法方面取得了不错的成果。文章首先介绍量子计算的发展现状和基本原理;然后列举三种典型的量子算法,展示量子计算的优越性;最后介绍该领域的研究进展。     

中国信通院发布《量子信息技术发展与应用研究报告》

以量子计算、量子通信和量子测量为代表的量子信息技术可能引发信息技术体系的颠覆性创新与重构,并诞生改变游戏规则的变革性应用,从而推动信息通信技术换代演进和数字经济产业突破发展。2020年10月,习近平总书记在中央政治局第二十四次专题集体学习中作出把握量子科技大趋势、下好先手棋的系列重要指示,为加快促进我国量子信息技术领域发展提供了战略指引和根本遵循。     

基于连续时间量子游走的链路预测方法研究*

链路预测是复杂网络研究的基础问题之一。目前研究者们已经提出了许多链路预测的方法,其中大量的链路预测方法是基于经典随机游走。量子游走是经典随机游走的量子模拟。大量研究表明,在诸如图匹配、搜索等很多领域,基于量子游走的量子算法的性能远优于其对应的经典随机游走算法。但目前关于基于量子游走的链路预测算法几乎没有研究报道。本文提出了一种基于连续时间量子游走的链路预测方法。实验结果表明,连续时间量子游走链路预测结果的AUC值和经典随机游走的结果非常接近。而在Precision和Recall指标上,远优于经典随机游走的链路预测结果。     

量子模拟器优化综述

近年来, 不断发展的量子计算已成为众人关注的焦点. 然而, 量子硬件存在稀缺性和噪声等问题, 这使得研究量子算法、验证量子芯片等行为都依赖运行在经典计算机上的量子模拟器. 本文讨论了不同量子模拟器使用的主要模拟方法, 并讨论了主流的全振幅状态向量模拟器和基于张量网络的量子模拟器的各种优化. 最后, 我们总结了量子模拟器的现状和未来发展方向.     

基于IBM量子计算云服务的量子傅里叶变换实现

Shor算法能够相对经典大整数分解算法实现指数加速,从而直接威胁到了RSA密码体制,而量子傅里叶变换是Shor算法中的一个关键变换,也能够相对经典离散傅里叶变换实现指数加速,从而引起了广泛关注。主要针对量子傅里叶变换的实现方案进行研究。首先介绍了IBM公司量子计算云服务的编程基础,随后设计了3比特量子傅里叶变换的量子线路,最后在IBM公司5超导量子比特的量子计算芯片上进行了实验验证。