量子机器学习综述

近年来, 机器学习一直是被关注和探讨的研究热点, 被应用到各领域并在其中起着重要作用. 但随着数据量的不断增加, 机器学习算法训练时间越来越长. 与此同时, 量子计算机表现出强大的运算能力. 因此, 有研究人员尝试用量子计算的方法解决机器学习训练时间长的问题, 量子机器学习这一领域应运而生. 量子主成分分析、量子支持向量机、量子深度学习等量子机器学习算法相继被提出, 并有实验证明了量子机器学习算法有显著的加速效果, 使得量子机器学习的研究展现出逐步走高的趋势. 对量子机器学习算法进行综述. 首先介绍量子计算基础; 然后对量子监督学习、量子无监督学习、量子半监督学习、量子强化学习以及量子深度学习5类量子机器学习算法进行介绍; 接着对量子机器学习的相关应用进行介绍并给出了算法实验; 最后进行总结和展望.     

量子机器学习

人工智能和量子物理是上世纪发展起来的两个截然不同但又影响深远的学科.近年来,它们在数据科学方面的结合引起了学术界的高度关注,形成了量子机器学习这个新兴领域.利用量子态的叠加性,量子机器学习有望通过量子并行解决目前机器学习中数据量大,训练过程慢的困难,并有望从量子物理的角度提出新的学习模型.目前该领域的研究还处于探索阶段,涵盖内容虽然广泛,但还缺乏系统的梳理.本文将从数据和算法角度总结量子机器学习与经典机器学习的不同,以及其中涉及的关键加速技巧,针对数据结构(数字型、模拟型),计算技巧(相位估计、Grover搜索、内积计算),基础算法(求解线性系统、主成分分析、梯度算法),学习模型(支持向量机、近邻法、感知器、玻尔兹曼机)等4个方面对现有研究成果进行综述,并建议一些可能的研究方向,供本领域的研究人员参考.     

多中继协作系统量子遗传算法的功率分配仿真

考虑了功率受限下多中继协作系统功率分配问题。以最大化系统容量为优化目标,将量子遗传算法应用到多中继协作系统中,提出了基于量子遗传算法的功率分配方案,研究了功率分配方案对系统比特差错率的影响。仿真结果表明,与等功率分配方案及基于遗传算法的功率分配方案相比,基于量子遗传算法的功率分配方案能获得更小的比特差错率。     

高精度的短波发射机功率校准控制系统设计

短波发射机功率存在控制精度问题,而校准生成的衰减值表格是其关键。针对该问题,设计一种高精度的短波发射机功率校准系统。首先,介绍对发射机系统组成进行介绍,分析了功率校准生成的衰减值表格和AD值表格的精度之间存在着非线性关系,给出了功率校准原理框图。其次,设计了衰减值调整算法,并在实际工程中进行试验和应用。实验结果表明,能够提高发射机功率控制的精度,提高发射机的使用性能。     

基于量子Calderbank-Shor-Steane纠错码的量子安全直接通信

量子安全直接通信是继量子密钥分配之后提出的又一重要量子密码协议,它要求通信双方在预先不需要建立共享密钥的情况下就可以实现消息的保密传输.给出了一个新的量子安全直接通信方案,该方案利用量子Calderbank-Shor-Steane(CSS)纠错码和未知量子态不可克隆等性质,方案的安全性建立在求解一般的线性码的译码问题是一个NP完全问题、Goppa码有快速的译码算法和量子图灵机不能有效求解NP完全问题的基础上.在协议中,发送方Alice把要发送的秘密消息转化为一一对应的错误向量,把错误向量加到其接收到的、Bob编码过的量子态上,并发给接收方Bob.Bob利用其私钥,通过测量、解码可以得到错误向量,并可以用相应的算法恢复出秘密消息.控制量子信道的攻击者Eve不能恢复出秘密消息,因其不知道Bob的密钥.与已有的量子安全直接通信方案相比,该方案不需要交换任何额外的经典信息和建立量子纠缠信道.     

射频激励CO2激光器功率的数字控制方法

在射频（RF）激励激光器中，功率控制大多采用脉宽调制（PWM）方式，针对PWM方式，本文提出一种采用全数字方式产生频率及占粉比可调的脉冲信号，该信号用来控制激光器的输出功率.     

基于纯态的量子通信系统模型

量子通信与量子计算已经引起人们极大的关注.对于量子态如何用于信息处理的问题,提出了量子通信的两种基本模型:量子直接通信模型与量子隐形传态通信模型.在量子直接通信模型中,用模块化的方法将量子通信全过程分为量子信源编译码,量子信道编译码,量子信道与量子噪声模块,并详细阐述了各个模块的功能与用途.在量子隐形传态通信模型中,利用量子隐形传态特性,通过将待传粒子与纠缠对的联合测量模块化为量子调制部分,给出了基于隐形传态的量子通信一般模型.量子通信在安全性及效率方面具有经典通信无法比拟的优势.     

量子安全通信开发回顾

回顾了量子通信协议的发展历程和各个研究方向,重点是量子直接安全通信(QSDC)问题。量子直接安全通信(QSDC)的安全性要求比量子密钥分配(QKD)要高,能够在密文信息泄漏之前察觉到窃听者。基于认证的量子直接安全通信(QSDC)的提出使得量子通信安全性达到了新的高度。     

基于量子理论的保密通信研究

随着计算机技术以及网络技术的快速发展,大量的信息需要通过网络传输,给传统的加密技术带来了新的挑战,量子计算机可以轻易的破译以往认为非常难以破译的加密。当量子计算机成为现实时,经典密码体制将无安全可言,量子密码术将成为保护数据安全的最佳选择之一。量子密码术是量子力学和经典密码学相结合的新兴交叉科学,它成功地解决了传统密码学中单靠数学无法解决的问题。本文分析了经典保密通信及其存在的安全隐患,给出了量子保密通信的流程,并分析了量子保密通信的发展趋势。     

基于再生密钥的量子安全通信方法

该文在分析传统保密通信方法、基于量子密钥发布机制的量子安全通信方法和目前已知的两种直接量子安全通信方案的不足的基础上,提出一种新颖的基于再生密钥的直接量子安全通信方案,该方案在量子密钥发布技术所要求的信道条件下,根据自治动力系统伪随机数发生器生成的再生密钥,选择量子比特的制备基并对明文进行加密,实现内容可控的直接量子安全通信,该文的方案不要求一条始终存在的不可阻塞经典信道,具有较高的安全性和传输、处理效率,且物理实现简单。     

Machine Learning Accelerated Real-Time Model Predictive Control for Power Systems

This paper presents a machine-learning-based speedup strategy for real-time implementation of model-predictive-control(MPC) in emergency voltage stabilization of power systems.Despite success in various applications,real-time implementation of MPC in power systems has not been successful due to the online control computation time required for large-sized complex systems,and in power systems,the computation time exceeds the available decision time used in practice by a large extent.This long-stan...     

基于机器学习的电网关键断面安全运行自动控制系统设计

输电断面稳定超限问题日益突出,为此提出基于机器学习的电网关键断面安全运行自动控制系统.根据极限学习机理论使预测误差最小化,引入核函数获得关键断面精度.设计符合电网在线运行要求的电网关键断面安全运行自动控制网络框架,采用潮流法对断面输电极限功率实施运算,依据调度策略确定控制支路并实施约束,保证系统运行的安全性.控制电网负...     

基于机器学习的入侵检测系统研究

入侵检测系统存在特征不能自动生成、特征库更新慢、无法适应大量数据等缺点。该文该文提出了基于机器学习的入侵检测系统，将遗传算法和贝叶斯分类算法结合使用，使得检测规则可以自动生成，克服手工编码的不精确、更新慢的缺陷，同时能够处理和分析大数量数据。最后给出了实验分析结果。     

基于组态王的自动装配机监控系统设计

针对自动装配机控制与管理自动化的需要,本文开发设计了一种基于KingView的自动装配机监控系统。根据自动装配机组成结构与功能要求,介绍了该监控系统的总体结构和功能实现原理,并重点阐述利用组态王软件开发自动装配机监控系统的设计过程和实现方法。     

基于LoRa通信的智能电力测控仪设计

随着现代微电网建设的不断深入,针对工业用户对于设备能耗、电能质量、负载运行、新能源发储配状况实时监控的实际需求进行研究,设计了一款具有远程通信功能、适用于微电网复杂环境的智能电力测控仪.以STM32VET6为控制核心,采用快速傅里叶变换技术对用电信息及电能质量进行准确的计算与分析,并通过LoRa模块以无线方式与上位机监...     

基于ARM单片机的太阳能发电功率控制系统设计

该文介绍了一种基于Philips ARMLPC2131单片机,并用于太阳能发电的步进电机驱动跟踪器控制系统。它用于自动跟踪太阳光直射方向来提高光伏电池的效率,并采用了一种改进的可变步长扰动观察算法来寻找太阳电池阵列的最大功率点,使该系统在任何温度和日照条件下都能获得太阳电池的最大功率。实践证明,该系统精确地跟踪了各种情况下的太阳光变化,并将光伏电池的实际转换率提高到30％以上。     

基于CAN总线的运动控制通讯系统设计

数字量驱动的运动控制要求通讯系统具有良好的实时性和可靠性;设计了一种基于CAN总线的多节点多通道的运动控制通讯系统,以FPGA为节点控制器,通过SJA1000收发运动控制数据,并行发送到各通道驱动器的数模转换器中;FPGA模块由Verilog HDL编写,通过参数传递和生成块的方法简化代码,提高系统的可移植性,移植时只需改变两个常量值即可适应各个节点不同的通道数和位宽;实验表明,通讯系统每帧耗时约120 μs,最高帧频可达8.5 kHz,误码率低于10-8,实时性和可靠性较好.     

基于相干控制的二能级量子系统退相干抑制

对于二能级开放量子系统,研究了利用相干控制抑制退相干效应的问题.首先讨论了二能级开放量子系统在相干控制下的建模问题,将退相干抑制归结为与环境噪声解耦的控制问题.然后,引入开环控制抑制退相干,并证明该控制可使系统状态中的部分分量与环境噪声渐近解耦.最后引入反馈控制,使得系统状态的相应分量可以与环境精确解耦,同时能够避免测量引入的量子噪声的影响.     

应用机器学习方法的设计模式挖掘研究

从源码中挖掘设计模式实例具有重要意义，它能够提升软件系统的可理解性和可维护性。基于机器学习方法，提出了一个设计模式挖掘方法。其中，使用类关系图表示软件系统和设计模式，采用子图匹配的方法从软件系统中提取出候选设计模式实例，过滤了大量非设计模式实例组合，提高了设计模式挖掘效率；提出了度量指标，将软件系统和设计模式向量化，采用机器学习的方法对候选设计模式实例进行分类，提高了设计模式挖掘的准确率。实验结果证明此方法效率和有效性上得到了一定的提升。