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。     

高效的安全多方半量子求和协议

安全多方半量子求和(SMSQS)是指多个互不信任且资源受限的参与方,借助量子第三方(TP)的帮助联合计算出他们私有秘密之和,其求和结果可以根据实际应用场景来设计是否公开,但是协议需确保参与者输入的隐私性和计算结果的正确性.本文提出一种第三方TP只需制备单量子比特就可对多个资源受限的参与方进行秘密求和的协议.协议中参与方无论执行直接返回操作或者执行测量返回操作,协议都可以对参与方的秘密进行求和计算,从而提高协议中量子比特的使用效率.其次基于一种d维的量子叠加态给出将参与方秘密数值的维度扩展到高维的SMSQS协议,并通过数学证明和具体实例验证其协议的正确性.通过对所提出的协议进行安全性分析可知它们能够防范拦击重发攻击、测量重发攻击、双CNOT门攻击和TP攻击等典型的攻击行为.     

适用网络的W态双服务器盲量子计算协议设计

结合实际的网络环境，为提高盲量子计算协议的执行效率和减少客户端占用量子服务器的时间，利用Bell态与W态的纠缠交换原理，提出了一种适用网络的双服务器盲量子协议方案。方案中客户端将计算任务分为两部分，并分别与Bob1和Bob2按照单服务器盲量子计算步骤执行完成。因为制备分别用于构造两台量子服务器中砖墙态的量子比特，只由一台量子计算机、执行一次制备过程就可以完成，与单服务器BQC相比并没有增加额外的量子服务器资源投入。方案可以实现客户端完全经典，协议具有无条件安全性。     

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.     

基于量子委托计算模式的半量子密钥协商

为降低量子设备的成本,更好地执行量子计算,提出基于量子委托计算模式的多方半量子密钥协商协议。引入量子委托计算模式,将酉操作、Bell测量等复杂量子操作委托到量子中心进行,而参与者仅需具备访问量子信道与制备单光子的简单能力。为防止密钥信息被量子中心以及外部窃听者窃取,采用在目标量子态中插入混淆单光子的混淆策略来保证目标量子态的隐私性。分析结果表明,与其他量子密钥协商协议相比,参与者所需的量子能力显著降低,从而提升了协议的实际可行性。     

基于量子遗传优化的盲检测算法

量子遗传算法(Quantum Genetic Algorithm)作为量子计算理论和遗传算法原理相结合的一种新兴的全局优化算法,因算法具有寻优能力强、收敛速度快和计算时间短的特点,在许多领域都得到了广泛应用。文中首先给出基于SIMO系统的BPSK发送信号盲检测模型,利用补投影算子构造盲检测优化代价函数,在此基础上利用量子遗传算法进行优化,获得最佳估计序列。算法性能仿真表明,文中提出的基于量子遗传优化的盲检测算法收敛速度快、能够成功实现盲检测,具有一定的应用价值。     

基于闲置比特使用的量子傅里叶线路优化*

通过使用闲置比特取代引入辅助比特,在闲置比特真正工作之前,它们代替辅助比特工作,可以大大提高量子比特的使用效率,减少操作时间.该方法可以进一步推广到其他量子线路.     

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.     

一种高效、容错的通用量子计算机体系结构

通用量子计算(universal quantum computer)在求解某些在经典计算机上具有超多项式复杂度的问题方面存在着潜在的巨大优势.通用量子计算机体系结构在很大程度上影响量子计算功效和量子程序设计风格.文中提出一种通用量子计算机的体系结构,并考虑了在该体系结构下计算能力的扩展和容错性能等问题.     

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。     

参数化的广义量子通用相位门

主要研究参数化的广义量子通用相位门,给出了单比特量子门、双比特量子门以及三比特量子门的参数化构造。证明参数化的广义量子门和M.Nielsen给出的广义量子门是等价的。举例说明了参数化的广义量子通用门在量子计算中的作用。     

Enhancement on ��quantum blind signature based on two-state vector formalism��

Recently, Su et?al. (Opt Comm 283:4408?C4410, 2010) proposed a quantum blind signature based on the two-state vector formalism. Their protocol is rather practical because the signer and the blind signature requester only have to perform measurement operations to complete the quantum blind signature. This study points out that a dishonest signer in their scheme can reveal the blind signature requester??s secret key and message without being detected by using Trojan horse attacks or the fake photon attack. A modified scheme is then proposed to avoid these attacks.     

量子–经典混合神经网络及其故障诊断应用

量子神经网络由于结合了量子计算和神经网络的优点, 近年来受到了广泛的关注. 然而由于目前量子计算 资源受限(如量子比特数、量子逻辑门的保真度等)以及贫瘠高原现象(量子神经网络优化过程中解空间变得平坦时 出现的训练困难)的存在, 量子神经网络当前还难以大规模训练. 针对上述问题, 本文面向量子–经典混合神经网络 模型提出了一种基于无监督学习的特征提取方法. 所采用的无监督学习方法结合了量子自编码器和K-medoids聚类 方法, 可用于多层次结构的特征学习. 该方法创新地利用了K-mediods方法对训练得到的量子自编码器进行聚类, 以 最大化量子自编码器性质的差异. 进一步, 本文在轴承异常检测问题上, 通过实验验证了所提出的无监督特征提取 方法的有效性和实用性, 测试集准确率在二分类、四分类和十分类分别达到100%, 89.6%和81.6%.     

An Explicit Universal Gate-Set for Exchange-Only Quantum Computation

A single physical interaction might not be universal for quantum computation in general. It has been shown, however, that in some cases it can achieve universal quantum computation over a subspace. For example, by encoding logical qubits into arrays of multiple physical qubits, a single isotropic or anisotropic exchange interaction can generate a universal logical gate-set. Recently, encoded universality for the exchange interaction was explicitly demonstrated on three-qubit arrays, the smallest nontrivial encoding. We now present the exact specification of a discrete universal logical gate-set on four-qubit arrays. We show how to implement the single qubit operations exactly with at most 3 nearest neighbor exchange operations and how to generate the encoded controlled-NOT with 27 parallel nearest neighbor exchange interactions or 50 serial gates, obtained from extensive numerical optimization using genetic algorithms and Nelder–Mead searches. We also give gate-switching times for the three-qubit encoding to much higher accuracy than previously and provide the full speci.cation for exact CNOT for this encoding. Our gate-sequences are immediately applicable to implementations of quantum circuits with the exchange interaction. PACS: 03.67.Lx, 03.65.Ta, 03.65.Fd, 89.70.+c     

Qsimulation:一个量子计算模拟器工具

介绍一个可在经典计算机上模拟量子计算的工具Qsimulation。该工具由4个主要部分组成：一个命令式的量子编程语言,一个量子计算解释器,一个用于模拟量子程序执行的图形用户界面以及错误处理模块,它能帮助教师和新手设计并测试简单的量子电路和量子程序。     

Universal blind quantum computation for hybrid system

As progress on the development of building quantum computer continues to advance, first-generation practical quantum computers will be available for ordinary users in the cloud style similar to IBM’s Quantum Experience nowadays. Clients can remotely access the quantum servers using some simple devices. In such a situation, it is of prime importance to keep the security of the client’s information. Blind quantum computation protocols enable a client with limited quantum technology to delegate her quantum computation to a quantum server without leaking any privacy. To date, blind quantum computation has been considered only for an individual quantum system. However, practical universal quantum computer is likely to be a hybrid system. Here, we take the first step to construct a framework of blind quantum computation for the hybrid system, which provides a more feasible way for scalable blind quantum computation.     

Controllability and Universal Three-qubit Quantum Computation with Trapped Electron States

We show how to control and perform universal three-qubit quantum computation with trapped electron quantum states. The three qubits are the electron spin, and the first two quantum states of the cyclotron and axial harmonic oscillators. We explicitly show how universal three-qubit gates can be performed. As an example of a quantum algorithm, we outline the implementation of the three-qubit Deutsch-Jozsa algorithm in this system.      

Cryptanalysis of a sessional blind signature based on quantum cryptography

A digital signature is a mathematical scheme for demonstrating the authenticity of a digital message or document. A blind signature is a form of digital signature in which the content of a message is disguised (blinded) before it is signed to protect the privacy of the message from the signatory. For signing quantum messages, some quantum blind signature protocols have been proposed. Recently, Khodambashi et al. (Quantum Inf Process 13:121, 2014) proposed a sessional blind signature based on quantum cryptography. It was claimed that these protocol could guarantee unconditional security. However, after our analysis, we find that the signature protocol will cause the key information leakage in the view of information theory. Taking advantage of loophole, the message sender can succeed in forging the signature without the knowledge of the whole exact key between the verifier and him. To conquer this shortcoming, we construct an improved protocol based on it and the new protocol can resist the key information leakage attacks.