量子算法

摘要： 1980年,美国科学家Paul Benioff和前苏联科学家Yuri Manin提出了量子计算的概念,1981年诺贝奖费曼提出了量子模拟, 1985年David Deutsch证明了量子计算概念的普适性.至此,完成了建立量子计算概念的第一个阶段. 1986-1993年,是量子计算机研究的自由探索阶段. 1994年开始,量子算法取得重大突破, Shor大数分解算法和Grover搜索算法两大算法诞生。

摘要： 量子计算作为一项前沿颠覆性技术,已经引起世界主要国家和地区的广泛关注。文中系统梳理了美国、欧盟、俄罗斯、日本等世界主要国家和地区在量子计算领域的战略布局;结合近年来国内外研究成果,总结了量子硬件、量子算法、混合量子计算等核心技术的发展现状及趋势;基于军方的最新研究部署,分析了量子计算的军事应用动向;围绕IBM、Google、D-Wave、IonQ等产业链核心企业研究了量子计算产业化推进情况;最后研判未来发展趋势,提出了完善我国量子计算发展布局的思考建议。

摘要： 求取一个无符号数的倒数在数值计算中有着重要的应用。如何在量子电路中高效准确地求出倒数,影响着许多量子算法的性能。在此提出了一种求倒数近似值的量子算法及其量子电路的设计方法。首先将输入的二进制数存储在输入寄存器中;通过添加Toffoli门将两个n位二进制数每一位相乘的结果保存在2n个辅助量子比特中;再重复利用基础量子门设计出的n位量子全加器对辅助量子比特进行低位置零的移位相加;用控制非门设计置零电路对辅助寄存器进行置零操作以重复利用辅助量子比特,最后设计出了一种量子电路宽度较小的量子乘法器。应用牛顿迭代法解得一个求倒数近似值的系统图,然后在上述量子全加器和量子乘法器的基础上,设计出系统中各模块的量子电路图,最后连接各模块电路图,形成一个完整的求倒数量子算法的量子电路。通过分析,该量子电路提高了辅助量子比特的利用率,并且具有较低的计算复杂性。

摘要： 【目的】近些年来国内外量子计算技术及其应用研究发展迅速,尤其是在量子计算机软硬件系统研发及优越性试验方面取得了积极进展,本文旨在充分展现量子计算技术在材料、化学、生物医药等领域的应用及未来发展前景。【方法】重点围绕变分量子本征求解(VQE)量子算法及量子化学模拟近似计算,对近些年国内外量子计算研究团队在化学、生物及材料等领域的研究进展以及量子化学近似计算在材料化学等众多领域取得的研究成果进行综合分析。【结果】可以看出当前国内外量子计算研究团队在化学反应预测、药物分子筛选及新材料研发等创新领域的探索研究不断加速,而量子化学经典计算在许多重要领域已取得积极的应用实践成果。【结论】考虑到量子计算在大分子多电子体系模拟计算方面的巨大优势以及近些年来量子计算软硬件系统研发不断深入,未来量子计算将为材料、化学、能源、生物、医药及环保等领域的应用创新与产业升级提供重要的基础支撑,有力推动我国经济产业高质量发展。

摘要： 借助加窗技术和模整数的陪集表示技术,在加法的近似编码表示基础上给出Shor算法量子线路的整体优化和资源估计,并对设计的量子线路进行了仿真实验。借助加窗技术和模整数的陪集表示技术可以有效减少Toffoli门的数目以及降低整个量子线路的深度,其中Toffoli门数目为0.18n^(3)+0.000465n^(3)log n,线路深度为0.3n^(3)+0.000465n^(3)log n。由于采用加窗的半经典傅里叶变换,使得空间资源代价为3n+O(log n)个量子比特。在增加少量近似误差(误差可以随着填充数目的增加呈指数减小)的前提下,实现了时间空间资源代价的折衷。

摘要： 当今量子算法的一个发展方向是对早期量子算法的再思考。在量子计算领域,每一种早期量子算法都提出了突破性概念。一般认为它们在很大程度上仅属理论范畴,原因它们所求解的问题几乎都没有实用价值。但这些早期量子算法依然重要,因为它们在解决问题的速度上相比经典算法呈指数级别的增长。文中做了两件工作:一方面详细阐述对早期量子算法再思考的最新进展,另一方面则对早期量子算法进行所谓的重新目的化,即重新用于量子密钥分发、纠错等领域。Deutsch-Jozsa算法、Bernstein-Vazirani算法和Simon算法是关注的重点。Deutsch-Jozsa算法用于判定多引数函数(Multi-argument Function)是平衡的还是常数的。最近的研究表明,其应用可以扩展到量子通信和形式语言(Formal Languages)领域。Bernstein-Vazirani算法能够搜索出在函数中编码的字符串,其应用可以扩展至量子密钥分发领域和通信中对信息的纠错处理。Simon算法则用于求解具有特定属性字符串的识别问题,它的现代应用包括量子通信和纠错。

摘要： 量子游走是经典随机游走在量子世界的对应,已经被证明是一种通用的量子计算模型,也是设计高效量子算法和量子信息处理方案的基础工具之一。简要介绍了量子游走的概念和基本原理,阐述了量子游走在搜索问题及其他方面的一些重要应用,并总结和展望了量子游走的未来发展前景。

摘要： 量子计算乃至更为广泛的量子信息,是基于量子力学原理发展出来的概念与技术体系,涉及信息的本质及其处理。量子计算利用量子叠加、量子纠缠等资源进行信息编码和处理,已被证明在若干问题上具有相对于经典计算的极大优势,在实用化后将对信息及相关科技产生深远影响。本文概要回顾了量子计算的发展历史,如量子计算思想与概念的形成、重要理论及算法的发展以及应用情况;梳理总结了代表性的量子计算技术路线及其发展态势,如超导量子计算、分布式超导量子计算、光量子计算、囚禁离子量子计算、硅基量子计算及若干其他体系。着眼不同技术路线面临的共性问题,对我国量子计算领域未来发展提出建议:注重战略规划和布局,培养高水平研究团队,加强基础研究、核心技术、关键设备的自主研发。

摘要： 上世纪90年代,随着研究人员对量子计算能力认识的不断提高,两个量子算法横空出世,猛烈冲击了传统密码体系的安全性,从此拉开“后量子密码”的探索大幕。30年弹指而过,2022年7月美国NIST正式公布了部分后量子密码安全标准算法,宣告后量子密码即将进入大规模落地应用阶段。

摘要： 当前量子科技时代,以Shor、Grover等量子算法为代表的量子计算技术给经典加密算法带来了巨大挑战,同时,量子保密通信技术的蓬勃发展也为信息安全传输提供了转型升级的机遇,特别是在银行数字化转型过程中,数据资产的重要性日益凸显。在创新数字信贷业务场景中,企业需要将自身数据传输至银行端供银行进行分析决策,相关数据中往往蕴含了很高的价值,但同时也会触及企业商业秘密和个人隐私信息,数据需要高度保护,一旦发生信息泄露,将可能导致企业发生经营损失甚至经营失败等严重后果。因此,银行需要探索新型的高度安全的保密通信方法。

摘要： 整数分解是数论中的一个非常古老的难解性问题,而当今世界上最有名且广泛使用的RSA公钥密码体制,其安全性是基于整数分解的难解性.迄今为止,最有希望破解RSA的方法就是Shor的量子算法.本文利用RSA不动点性质,基于量子Fourier变换和变量代换,提出一个新的攻击RSA的量子算法,该算法不需要分解jn而从RSA密文C直接恢复其明文M.该算法与Shor算法相比,需要更少的量子位,且成功概率大于1/2.文章最后还将新算法的资源消耗情况与Shor算法的进行了对比.

摘要： 鉴于经典算法在大数据挖掘中应用所面临的困境,结合大数据特征和量子算法特性,分析了量子算法在大数据挖掘应用的方向和前景.量子算法由于量子相干性和量子纠缠等特性而具备完全不同于经典算法的运算方式,具有卓越的并行运算能力.量子Shor算法和Grover算法的出现,不仅证明了量子算法处理海量数据的优势,更极大的促进了经典算法与量子算法之间交叉研究,以提升经典算法的性能.现处理大数据主要方法是基于Hadoop系统思想,将多个经典算法进行并行处理,其实质仍是采用经典算法进行数据挖掘、处理.将量子算法与经典算法相结合,提高经典算法的处理能力,并结合Hadoop并行处理思想,能更高效率的挖掘大数据中信息.

摘要： 人工神经网络是可用于建模、探讨各种复杂非线性现象的强大工具.本文提出了一种新的基于多Agent系统理论(MAS)和量子算法的人工神经网络.在该人工神经网络中所有节点都为有学习能力的量子计算Agent(QCMAS).通过训练QCMAS强化学习,提出了新的人工神经训练方法.新的人工神经具有强大的并行工作能力而且它的训练时间比经典算法短,实验结果证明了该方法的有效性.

摘要： 量子遗传算法是结合基于量子门更新的量子操作和基于进化机制的遗传操作的一种新颖的搜索方法.为了进一步改善量子遗传算法的性能,将基于微观层次的量子遗传搜索和基于宏观层次的实数编码遗传搜索相结合,提出了一种混合量子遗传算法,并用于本质上属于多维函数优化问题的模型参数估计,基于典型算例的仿真结果验证了所提混合算法的有效性和快速性.

摘要： 量子遗传算法是结合基于量子门更新的量子操作和基于进化机制的遗传操作的一种新颖的搜索方法.为了进一步改善量子遗传算法的性能,将基于微观层次的量子遗传搜索和基于宏观层次的实数编码遗传搜索相结合,提出了一种混合量子遗传算法,并用于本质上属于多维函数优化问题的模型参数估计,基于典型算例的仿真结果验证了所提混合算法的有效性和快速性.

摘要： 量子遗传算法是结合基于量子门更新的量子操作和基于进化机制的遗传操作的一种新颖的搜索方法.为了进一步改善量子遗传算法的性能,将基于微观层次的量子遗传搜索和基于宏观层次的实数编码遗传搜索相结合,提出了一种混合量子遗传算法,并用于本质上属于多维函数优化问题的模型参数估计,基于典型算例的仿真结果验证了所提混合算法的有效性和快速性.

摘要： 量子遗传算法是结合基于量子门更新的量子操作和基于进化机制的遗传操作的一种新颖的搜索方法.为了进一步改善量子遗传算法的性能,将基于微观层次的量子遗传搜索和基于宏观层次的实数编码遗传搜索相结合,提出了一种混合量子遗传算法,并用于本质上属于多维函数优化问题的模型参数估计,基于典型算例的仿真结果验证了所提混合算法的有效性和快速性.

摘要： 量子遗传算法是结合基于量子门更新的量子操作和基于进化机制的遗传操作的一种新颖的搜索方法.为了进一步改善量子遗传算法的性能,将基于微观层次的量子遗传搜索和基于宏观层次的实数编码遗传搜索相结合,提出了一种混合量子遗传算法,并用于本质上属于多维函数优化问题的模型参数估计,基于典型算例的仿真结果验证了所提混合算法的有效性和快速性.

摘要： 量子遗传算法是结合基于量子门更新的量子操作和基于进化机制的遗传操作的一种新颖的搜索方法.为了进一步改善量子遗传算法的性能,将基于微观层次的量子遗传搜索和基于宏观层次的实数编码遗传搜索相结合,提出了一种混合量子遗传算法,并用于本质上属于多维函数优化问题的模型参数估计,基于典型算例的仿真结果验证了所提混合算法的有效性和快速性.

摘要： 本文报导了一种新的summing算法的核磁共振实验实现.实验中我们用到了四个量子位的核自旋体系,其中两个量子位构成输入寄存器,另两个量子位构成输出寄存器.最后的实验结果只需通过测量输出寄存器中核自旋的谱线获得.

摘要： 本发明提供了一种基于后量子密码算法进行认证的量子密钥分发方法及系统，包括PQC认证中心、PQC用户端和QKD设备。量子密钥分发数据后处理过程中的通信需要经过认证，目前普遍采用预置密钥的方法，但此方法不适应于大规模QKD网络。本发明提出了PQC算法结合公钥基础设施对QKD进行认证的方法和系统，QKD网络的每个用户只需要从认证中心申请一个数字证书，利用PQC算法对所认证信息的摘要进行签名和验证，可以保证认证过程具有PQC算法的抗量子计算安全性，以及应用于大规模QKD网络的可操作性和灵活性。

摘要： 本发明公开了一种基于聚类算法的量子攻击检测方法，包括在已知安全的情况下发送方制备量子态发送接收方；接收方测量得到测量数据；采用聚类算法聚类得到安全状态下的数据聚类结果；在实际情况下发送方制备量子态发送接收方；接收方测量得到测量数据；采用聚类算法聚类得到实际状态下的数据聚类结果；对比安全状态下和实际状态下的聚类结果，实现对量子攻击的检测。本发明还公开了一种包括所述基于聚类算法的量子攻击检测方法的量子密钥分发方法。本发明方法能够同时对多种攻击类型进行防御，不需要提前训练数据，实时简单，节省了大量资源，并且对未知类型攻击具有较好的防御性能，能够显著提升CVQKD系统的实际安全性，可靠性高、适用性广。

摘要： 本发明属于图像处理技术领域，涉及一种基于量子多图像表示模型和三维量子Arnold变换的量子多图像加密方法。该方法根据量子多图像表示模型构建，利用二维Logistic映射生成混沌序列，使用经处理的混沌序列来控制单位操作和非操作从而构造量子控制非操作，再用量子控制非操作对量子图像的颜色信息进行扩散；使用量子三维Arnold变换对已经进行扩散处理的量子图像进行混淆；将二维Logistic映射混沌系统的初值及量子三维Arnold变换的参数作为密钥。本发明提出的量子多图像表示模型将多幅图像存储在两个纠缠比特序列中，使得量子操作可以同时作用在所有像素点上进而实现多幅图像同时加密。

摘要： 本发明公开了一种量子教与学算法以及基于量子教与学算法的模糊滑模控制方法，借助量子计算的基本原理，结合教与学算法提出量子教与学算法，针对教与学算法容易陷入早熟收敛的问题，采用量子门变换的方式更新种群以跳出局部收敛，仿真结果表明该方法可以有效提升教与学算法的性能。针对滑模控制的抖振问题，采用模糊逻辑的方式动态的调整切换项控制。为了构建合适的模糊规则，采用量子教与学算法计算得出综合性能最优的模糊逻辑，仿真结果证明了这种方法的有效性和可行性。

摘要： 本发明实施例提供一种基于量子蛙跳算法的聚类方法、装置及量子蛙算法，涉及计算机领域，解决现有量子蛙跳算法易于陷入局部最优解与收敛精度不足的问题。具体方案为：获取m个量子青蛙族群，每个量子青蛙族群由n个量子青蛙组成，根据m个量子青蛙族群中每个量子青蛙的适应度值确定全局最优量子青蛙位置和每个量子青蛙族群中的最优量子青蛙位置和最差量子青蛙位置，利用上述确定的量子青蛙位置与族群内的本次迭代次数对应的随机数，对每个量子青蛙族群中的最差量子青蛙位置进行更新，重复上述步骤，重新对每个量子青蛙族群中的最差量子青蛙位置进行更新，直到达到族群内的预定最大迭代次数，完成族群内更新，并向全局最优量子青蛙位置进行收敛。

摘要： 本发明公开了一种基于聚类算法的量子攻击检测方法，包括在已知安全的情况下发送方制备量子态发送接收方；接收方测量得到测量数据；采用聚类算法聚类得到安全状态下的数据聚类结果；在实际情况下发送方制备量子态发送接收方；接收方测量得到测量数据；采用聚类算法聚类得到实际状态下的数据聚类结果；对比安全状态下和实际状态下的聚类结果，实现对量子攻击的检测。本发明还公开了一种包括所述基于聚类算法的量子攻击检测方法的量子密钥分发方法。本发明方法能够同时对多种攻击类型进行防御，不需要提前训练数据，实时简单，节省了大量资源，并且对未知类型攻击具有较好的防御性能，能够显著提升CVQKD系统的实际安全性，可靠性高、适用性广。

摘要： 本申请涉及一种基于分子量子比特实现D‑J算法量子纠错的实施方法。所述方法包括：通过对分子基电子自旋量子比特的电子顺磁共振测试，确定所述分子基电子自旋量子比特的能级图，并根据所述能级图将所述分子基电子自旋量子比特进行分组，对各个分组的分子基电子自旋量子比特施加初始化脉冲序列，并对初始化完成的分子基电子自旋量子比特执行D‑J算法，计算所得结果的准确率。采用本方法使用的EPR技术易于推广至其他高能级量子材料体系，可执行更为复杂的量子计算任务。

摘要： 本发明涉及一种量子计算机量子处理单元、量子电路以及量子电路量子算法，属于计算机技术领域。量子处理单元(QPU)是由5个模块组成的，并由一个经典设备控制。量子电路基于SHOR算法，定义两个n量子位输入|x>和|y>；设置一个控制寄存器和一个目标寄存器，为每个算法定义了门G

摘要： 描述了通过在量子算法中分布近似误差来生成量子计算电路的方法。方法包括将量子算法分解到量子电路。方法包括使用至少一个处理器，自动执行量子算法的逐步分解，直到量子算法被完全分解到量子电路，其中自动执行逐步分解导致近似误差集合和参数集合，以实例化与量子算法相对应的量子电路的至少子集，使得由自动执行逐步分解引起的总体近似误差被维持低于指定阈值近似误差。

摘要： 一种训练量子计算机的方法采用量子算法。该方法包括：将量子玻尔兹曼机的描述加载到量子计算机中，并且根据协议来训练量子玻尔兹曼机，其中分类误差被用作针对协议的度量。