量子图像乘法运算及其仿真实现

为了解决图像处理领域中经典图像乘法运算复杂度较高的问题，提出了一种量子图像乘法运算的实现方式.首先对基于NEQR表示模型的图像制备方式进行改进，采用按行制备的方式以降低时间复杂度；然后根据二进制数的乘法步骤，使用Toffoli门和量子全加器结合移位操作设计量子乘法器；之后将制备好的量子图像使用量子乘法器进行相乘，最终实现量子图像的乘法运算.使用经典计算机与IBM平台提供的可编程量子模拟器进行量子图像乘法运算的仿真，所得的概率直方图表明该算法实现了图像的相乘.对比实验表明，该文研究的量子图像乘法运算与经典图像乘法运算相比在时间复杂度上有指数级提升.     

玻色子的相位相干态及其量子涨落

从Pegg-Barnett的相位态定义出发，推导了一般玻色子的相位相干态表达式，研究了相位相干态的统计特性，并计算了相位的概率分布及量子涨落．结果表明，在相位相干态下大角度的相位出现的概率比较大，其量子涨落也比较大．     

概率隐形传态中客户透明特性的分析

给出了基于客户/服务模式概率隐形传态的一个双边协议，它达到成功隐形传态的最大概率。证明了Schmidt分解为 的部分纠缠共享量子信道对客户端是透明的；对于一般化部分纠缠量子信道，客户必需知道一个局域幺正算子，将量子信道变换为客户端透明的量子信道，才能执行概率隐形传态。     

无线自组织量子通信网络的Grover路由算法研究

介绍了无线量子通信网络的发展和无线量子通信网络中的路由算法.路由度量基于相邻节点间的纠缠量子对数目.结合Grover量子搜索算法,在限定跳数内搜索路由度量最大的路径作为目标解径,以避免量子信道因纠缠量子对的消耗而断开.路径搜索成功后,节点采用两端逼近的方法建立起量子信道,实现从源节点到目的节点的量子态的传递.采用Grover算法的路由搜索保证了成功率,降低了量子通信网络的网络计算量,使路由搜索快速收敛.     

量子蚁群算法求解多任务联盟问题

针对蚁群算法在求解多任务联盟问题(multi-task coalition problem,MTCP)时存在的求解精度不高、迭代次数多的不足,利用量子计算的并行性,提出了一种求解多任务联盟问题的量子蚁群算法.首先,利用量子叠加态给出了基于Agent的量子编码,使1个Agent能占据空间中的2个位置;其次,为使旋转角获得合适的大小和方向,提出了一种基于信息素的自适应修正旋转角调整策略;最后,通过对量子编码进行观测,给出了基于量子态的蚂蚁寻优策略.实验结果表明,与已有的算法相比,该算法不仅能获得更高质量的解,而且收敛速度也有显著的提高.     

基于内分泌激素调节机制的量子进化算法

针对传统量子进化算法用于搜索某些适应度函数时稳定性和精确性差的问题,在计算量子旋转角时引入内分泌激素调节规律,使得量子旋转角根据种群进化代数及个体适应度值自适应调整,提出了一种基于内分泌激素调节机制的量子进化算法.并用于Schaffer函数寻优和三维人脑图像分割.仿真实验结果表明,该算法不仅保留了传统量子进化算法收敛速...     

基于量子遗传算法的蛋白质折叠结构预测

为提高蛋白质折叠结构的预测精度,提出了一种融合改进量子遗传算法及局部搜索策略的蛋白质折叠结构预测方法.该方法在传统的量子遗传算法算法基础上引入动态调整量子门旋转角步长机制以及量子变异操作,从而提高算法的优化性能.局部搜索策略按照一定规则对量子遗传算法的优化结果进行局部结构变换,这种结构变换只需通过移动较少的节点就可以实现,能够有效提高算法的优化效率.计算机仿真实验表明,该算法能够获得较优的蛋白质折叠结构预测结果.     

基于魔方旋转方法的量子彩色图像加密方案

为实现彩色图像安全高效加密,基于魔方旋转方法构建了一种量子图像置乱方案,并且设计出了对应的量子线路.结合量子异或(exclusive OR,XOR)操作和量子交换操作,实现了一种以量子魔方旋转图像置乱为基础的量子彩色图像加密方案,并对该加密方案进行了全部量子线路设计与仿真实验,取得了良好的加密结果.该加密方案的算法复杂度相对于其经典算法有指数级加速.     

利用量子逻辑网络实现1→2最佳量子克隆

提出了1个利用量子逻辑网络来实现1→2最佳量子克隆的量子克隆机.该方案利用受控旋转和受控非操作来实现1→2的最佳量子克隆,并通过选择不同的旋转角度实现通用克隆、相位协变克隆和x-z面上的实态克隆.     

一种量子局域网方案及其性能分析

提出了一种基于纠缠交换和经典交换的量子局域网方案．采用载波侦听多址／碰撞检测协议实现多址，由经典交换机传送建立和释放信道等控制消息．通过纠缠交换建立收发端光子的纠缠，基于量子隐形传态的原理传递量子信息．对该量子局域网进行性能分析．结果表明系铣传输量子信息的吞吐率随着通信双方成功建立纠缠的概率、发端成功进行Bell态测量的概率和接收端成功检测到发送量子比特的概率增大而显著增加．     

函数优化问题的动态并行量子遗传算法

针对传统量子遗传算法在解复杂连续函数优化中存在的早熟收敛、收敛速度慢、计算时间长的问题,提出一种解复杂连续函数优化问题的动态并行量子遗传算法(DPQGA)。采用多种群协同进化,每个子种群按照各自的进化目标在不同的搜索区域进化,形成并行搜索方式,加快算法收敛速度,避免早熟收敛;同时设计了一种新的动态量子旋转角的更新策略及量子门调整策略,减少算法的迭代次数;在最优解连续数代无变化时引入灾变算子,使种群保持良好的多样性。通过对5个测试函数的仿真,结果表明,该算法搜索到的最优解较QGA算法更优。与已有算法相比,该算法在收敛速度、迭代次数、全局寻优能力上都有了较大的改进和提高。     

关于马约拉纳准粒子量子态变换问题的研究

讨论量子点与马约拉纳粒子耦合量子态的变换问题。首先介绍了马约拉纳费米子及其性质;然后引入量子态的Bloch球表示以及转动算符,通过量子操控技术实现量子态绕z轴的任意角旋转及绕xoy平面的任意轴π旋转;最后通过数学方法证明了2个和4个马约拉纳粒子与量子点构成的体系不能实现绕x轴和y轴旋转任意角。     

基于四粒子纠缠态的两方量子密钥协商协议

量子密钥协商协议允许参与者通过公开的量子信道公平地协商一个共享秘密密钥，任何参与者的子集都不能独立地确定该共享密钥。它的安全性由量子力学原理保证，因此能够实现无条件安全，已经吸引了大量的关注。该文基于四粒子纠缠态和逻辑量子比特，提出了两个分别抵抗集体退相位噪声和集体旋转噪声的鲁棒的两方量子密钥协商协议。安全性分析证明这两个协议既能抵抗参与者和外部攻击，也能成功地抵抗两种特洛伊木马攻击。另外，这两个协议也能达到比较高的量子比特效率。     

融合蜂群行为的量子进化算法

为提高量子进化算法的收敛精度和收敛速度,以人工蜂群算法为基本进化框架,提出一种融合蜂群行为的量子进化算法. 将采用相位编码的量子进化种群划分为量子开采种群、量子跟随种群以及量子侦察种群,在每个种群内模拟蜜蜂觅食行为寻优,其中量子开采种群采用混沌扰动搜索,量子跟随种群采用柯西变异操作进化. 同时对所有种群个体采用量子染色体的两步旋转更新方法,并进行自适应的动态变异操作. 利用基准测试函数进行仿真,与相关方法对比分析可知,所提出的算法在大部分的函数上都表现出较好的性能,能有效提高全局收敛性能.     

多"原子-腔场"系统中的纠缠交换与纠缠保持

利用量子信息学的观点,将单个原子与单模光场相互作用的J-C模型推广到由M(M为任意正整数)对二能级原子与M个单模腔场分别独立相互作用的组合物理系统模型.通过求解该系统态矢量的演化矩阵分析原子与腔场相互作用的过程,并讨论系统中量子纠缠信息的交换与保持的机理.结果发现:无论原子纠缠态还是光场纠缠态,在一定条件下均可实现纠缠交换或纠缠保持;同时,利用原子与腔场的相互作用可制备不同形式的纠缠态.     

精确Grover量子搜索算法概述

Grover算法自提出以来就备受关注，因其对无序数据库搜索问题有相对于经典算法平方级别的加速。但是原始Grover算法通常无法百分之百得到目标元素，即使目标元素占比已知。为此，精确Grover量子搜索算法被提出，它们作为原始Grover算法的扩展，在保持平方加速的同时，能以100%的概率输出目标元素。该文较系统地梳理已有的3种精确Grover量子搜索算法，详细介绍算法的流程、参数设置、背后的几何直观，并针对目标元素占比已知及未知的情况，说明精确量子搜索的查询复杂性下界。     

经典启发式量子计算整数分解问题

大整数分解是破解RSA加密算法的基本途径之一，由于计算量过大，经典计算机难以有效解决大整数分解问题.量子叠加和纠缠的特性，使得量子计算可以对经典问题求解起到并行加速的作用. Shor算法是一个能够高效快速对大整数分解的量子算法.然而，Shor算法需要进行模幂运算，使得电路设计极其复杂，时间复杂度也高.为了解决该问题，基于经典计算的启发，提出一种启发式算法：利用量子计算的并行性，设计相关Oracle去计算2个奇数叠加态a和b的乘积，再将叠加态乘积的负相位加在大整数N的傅里叶基上，当结果为0时，利用多控制门便能够将满足pq=N的一个质因子p给提取出来.该文提出的算法最低仅需要2n个量子比特，时间复杂度也达到指数级加速.另外，该文在QISKit框架上实现了该算法，证明了算法的可行性和通用性.     

隧穿量子点分子Jaynes-cummings模型的Berry相位

为了给量子系统的几何相位调控提供建议,利用全量子理论研究了一个隧穿双量子点分子与量子化单模场相互作用系统的Berry相位,探讨了量子场平均光子数、场-量子点失谐量、隧穿能级失谐量、隧穿强度以及场-量子点线性和非线性耦合对系统几何相位的影响.数值计算结果表明,在系统本征能级反交差区域附近,可以通过调节外加在量子点分子上的电压方便地对系统的Berry相位实现高效调控,这一结论在实现量子计算方面有潜在应用价值.     

基于改进量子进化算法的作业车间调度研究

针对作业车间调度问题,以最大完工时间最小化为优化目标,提出了跳跃基因量子进化算法(JGQEA).该算法在量子进化算法的基础上引入跳跃基因算子,同时采用动态调整量子旋转角策略以提高算法的搜索能力.通过仿真实验验证了算法的有效性,结果表明JGQEA优于QEA等几种进化算法.     

多方控制的多粒子未知态双向量子隐形传态方案

从任意的未知单粒子态和双粒子态的量子隐形传态出发,提出了一种由多方控制的任意多粒子未知量子态的双向受控量子隐形传态方案。该方案的优点主要有：一是多方参与控制,提高了量子隐形传态的安全性;二是双向受控隐形传态实现了双向通信,提高了量子态信息传输的效率;三是操作简单,具有实验可操作性。