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基于角度-振幅混合编码的量子神经网络及其应用研究
1
作者 杨帆 程学云 +3 位作者 朱鹏程 姜一博 顾晖 管致锦 《电子科技大学学报》 北大核心 2025年第5期789-800,共12页
传统量子神经网络与自注意机制结合的模型需消耗较高的量子位资源,针对其在当前NISQ设备上运行效率低和设计复杂性高的问题,提出了一种混合编码方式,将数据集特征通过特定的方式嵌入量子态中,从而实现角度编码与振幅编码的有效混合;基... 传统量子神经网络与自注意机制结合的模型需消耗较高的量子位资源,针对其在当前NISQ设备上运行效率低和设计复杂性高的问题,提出了一种混合编码方式,将数据集特征通过特定的方式嵌入量子态中,从而实现角度编码与振幅编码的有效混合;基于该编码方法设计出一种结构独特的双环Ansatz,借鉴自注意机制中的分而治之思想,构建出具备更高表现力的量子神经网络。在鸢尾花分类任务中训练损失值收敛于0,证明模型有效捕捉到鸢尾花特征之间的内在联系;在文本分类任务中与已有方法相比,分类精确度平均提升了8.9%,且在保证效果良好的前提下,成功减少了训练参数的数量。基于角度-振幅混合编码的量子神经网络的轻量化和低复杂度特性使其更适用于当前的NISQ设备。 展开更多
关键词 量子神经网络 混合编码 自注意机制 文本分类
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面向分布式超导量子计算架构的量子线路映射 被引量：1
2
作者 朱鹏程 卫丽华 +3 位作者 冯世光 周祥臻 郑盛根 管致锦 《软件学报》 北大核心 2025年第5期2381-2400,共20页
近年来,超导量子互连技术的研究取得了重要进展,这为构建分布式超导量子计算架构提供了有效途径.分布式超导架构在网络拓扑、量子比特连通性、以及量子态传输协议等方面对量子线路的执行施加了严格约束.为在分布式架构上调度和执行量子... 近年来,超导量子互连技术的研究取得了重要进展,这为构建分布式超导量子计算架构提供了有效途径.分布式超导架构在网络拓扑、量子比特连通性、以及量子态传输协议等方面对量子线路的执行施加了严格约束.为在分布式架构上调度和执行量子线路,需要通过专门的映射工序对量子线路进行适配底层架构的变换,并将变换后的线路交由网络中多个QPU(quantum processing unit)协同运行.分布式量子线路映射需向原始线路插入辅助的量子态移动操作,这些操作(尤其是QPU间量子态移动操作)具有较高的错误率.因此,减少映射所需的量子态移动操作数对于保证分布式计算的成功率至关重要.基于超导量子互连技术和超导QPU的技术特征构建一种抽象的分布式量子计算模型,并基于该抽象模型提出一种分布式量子线路映射方法,该方法由量子比特分布式映射和量子态路由两个核心模块组成,前者以量子态路由开销为代价函数,通过局部寻优和模拟退火相结合的策略生成近最优的初始映射;后者根据量子门执行的不同情形构建多个启发式量子态路由策略,并通过灵活应用这些策略最小化插入的量子态移动操作数.所构建的分布式抽象模型屏蔽了底层架构中和量子线路映射无关的物理细节,这使得基于该模型的映射方法可适用于一类分布式超导架构而非某个特定架构.另外,所提方法可作为辅助工具参与分布式网络拓扑结构的设计和评价.实验结果表明,所提算法可以有效降低映射所需的QPU内量子态移动操作(即SWAP门)数和QPU间量子态移动操作(即ST门)数.相较已有算法,在所有基准线路上平均减少69.69%的SWAP门和85.88%的ST门,且时间开销和已有算法接近. 展开更多
关键词 超导量子计算 量子网络 分布式计算 量子处理器 量子线路映射
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分布式量子线路映射技术研究进展
3
作者 朱鹏程 卫丽华 +3 位作者 陈新宇 冯世光 程学云 管致锦 《电子科技大学学报》 北大核心 2025年第4期566-581,共16页
分布式量子计算为突破中等规模带噪声量子计算设备所面临的量子比特数扩展瓶颈提供了有效途径。分布式量子线路映射技术是使用分布式量子计算架构高效执行量子线路的关键,其引入的通信代价对量子计算成功率有着重要影响。随着各类分布... 分布式量子计算为突破中等规模带噪声量子计算设备所面临的量子比特数扩展瓶颈提供了有效途径。分布式量子线路映射技术是使用分布式量子计算架构高效执行量子线路的关键,其引入的通信代价对量子计算成功率有着重要影响。随着各类分布式量子计算架构的兴起,分布式量子线路映射的相关研究引发了广泛关注。该文通过对现有研究工作的分析总结,梳理分布式量子线路映射技术的发展脉络及研究现状,并对未来研究方向进行展望。 展开更多
关键词 分布式量子计算 量子线路映射 中等规模带噪声量子计算 量子隐形传态
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基于线路动态划分与门序重组的量子线路映射方法
4
作者 姜一博 陈子禄 +1 位作者 程学云 管致锦 《量子电子学报》 北大核心 2025年第1期136-147,共12页
在噪声中等尺度量子(NISQ)时代,量子芯片中量子位的受限连接导致量子线路中双量子位门无法直接执行。因此,将逻辑量子线路映射至量子芯片并使双量子位门可直接执行具有重要意义。本文提出基于线路动态划分与门序重组的量子线路映射方法... 在噪声中等尺度量子(NISQ)时代,量子芯片中量子位的受限连接导致量子线路中双量子位门无法直接执行。因此,将逻辑量子线路映射至量子芯片并使双量子位门可直接执行具有重要意义。本文提出基于线路动态划分与门序重组的量子线路映射方法,并基于ZX演算对交换规则进行等价性验证。该方法将线路动态划分为三层,并在映射过程中于基准门后设置移动窗口,采取左贪心的移动方式通过交换规则重组门序,从而减少映射过程中附加门数量。实验结果表明,相比于现有映射方法,本文所提方法所需附加门数量更少,平均优化率为24%,最大优化率为46%。 展开更多
关键词 量子计算 量子映射 交换规则 等价性验证 代价优化
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基于SVM的量子线路输出校准方法研究
5
作者 李响 姜一博 +4 位作者 曹可欣 朱明强 程学云 朱鹏程 管致锦 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期357-366,共10页
当前噪声中尺度量子(NISQ)计算机由于受到各种噪声的影响,量子线路运行结果和理想结果之间存在误差,因此需要对量子线路的运行结果进行校准。基于量子线路可逆性的特点,收集正反向线路运行数据中的状态误差作为主要噪声特征,提出了基于... 当前噪声中尺度量子(NISQ)计算机由于受到各种噪声的影响,量子线路运行结果和理想结果之间存在误差,因此需要对量子线路的运行结果进行校准。基于量子线路可逆性的特点,收集正反向线路运行数据中的状态误差作为主要噪声特征,提出了基于支持向量机(SVM)集成策略的输出校准方法。通过支持向量机-递归特征消除(SVM-RFE)方法对噪声特征进行排序,去除过拟合的特征,从而得到更优的量子线路输出校准结果。实验结果表明,与基于优化映射的方法相比,所提基于SVM的方法使量子线路输出结果更接近于理想结果,与基于决策树集成分类模型(Qraft)相比,当CNOT量子线路的门数为60时,改善率达到43.94%。 展开更多
关键词 量子计算 NISQ计算 噪声特征 支持向量机
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一种MCT门量子可逆线路分解与优化方法
6
作者 张苏嘉 管致锦 杨雪婷 《电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期155-160,共6页
为提高可逆线路中MCT门的分解和优化效率,提出了一种MCT门的优化分解方法,根据该方法得出MCT分解模板并验证了正确性。基于该模板给出了相应的分解与优化算法,算法对MCT门分解出的Toffoli线路进行分类,使用优化分解模板将其分解为NCV线... 为提高可逆线路中MCT门的分解和优化效率,提出了一种MCT门的优化分解方法,根据该方法得出MCT分解模板并验证了正确性。基于该模板给出了相应的分解与优化算法,算法对MCT门分解出的Toffoli线路进行分类,使用优化分解模板将其分解为NCV线路。该算法的时间复杂度为O(m),优于传统算法的复杂度O(m2)。通过对控制位m∈{3,10}的MCT门与Benchmark可逆线路的实验,验证了该算法优化和分解的有效性。 展开更多
关键词 电路优化 MCT门 NCV门 量子电路 可逆逻辑综合
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一种分布式量子计算中传输代价的优化方法
7
作者 陈新宇 曹可欣 +3 位作者 朱明强 程学云 冯世光 管致锦 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期318-329,共12页
分布式量子计算是解决现有量子计算设备还不足以支持大规模量子计算问题的有效途径,分布式子系统之间通过隐形传态建立通信链路来传输量子位,隐形传态的次数决定了分布式量子计算的传输代价。为了减少分布式子系统间的隐形传态次数,提... 分布式量子计算是解决现有量子计算设备还不足以支持大规模量子计算问题的有效途径,分布式子系统之间通过隐形传态建立通信链路来传输量子位,隐形传态的次数决定了分布式量子计算的传输代价。为了减少分布式子系统间的隐形传态次数,提出了一种跨门合并传输模型,该模型允许多个不连续的门通过一次隐形传态完成传输。基于该传输模型,对分布式量子计算的隐形传态次数进行优化。在不考虑分布式子系统量子位数时,与现有的研究结果相比隐形传态次数平均减少57.3%;在分布式子系统量子位数受限的情况下使用该模型,在消耗更少量子位的同时,隐形传态次数平均减少14.6%,针对较大规模的量子线路,优化率达58.8%。 展开更多
关键词 量子计算 隐形传态 量子线路 传输代价
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基于动态前瞻深度的量子线路映射研究
8
作者 曹可欣 陈新宇 +3 位作者 朱明强 李响 程学云 管致锦 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期626-637,共12页
随着量子计算技术的快速发展,现在已经进入了噪声中型量子(NISQ)时代。但受限于当前的技术,目前一个量子位只能与相邻的量子位直接交互。为了使量子线路能直接在NISQ设备上执行,需要在逻辑线路中插入SWAP门或使用桥门来近邻化量子位。... 随着量子计算技术的快速发展,现在已经进入了噪声中型量子(NISQ)时代。但受限于当前的技术,目前一个量子位只能与相邻的量子位直接交互。为了使量子线路能直接在NISQ设备上执行,需要在逻辑线路中插入SWAP门或使用桥门来近邻化量子位。为了减少量子线路映射中插入额外量子门的数量,本文研究了基于动态前瞻的线路映射方法,考虑了在拓展层中插入交换门的影响,优化了代价函数模型。通过模拟退火算法来确定插入交换门时的最佳前瞻深度,以减少插入交换门的数量,进而减少CNOT门的数量。实验结果表明,与现有映射方法相比,本文提出的算法减少了插入的CNOT门数,平均优化率达到45.59%。 展开更多
关键词 量子计算 量子映射 动态前瞻 前瞻深度
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一种提高量子线路保真度的转换方法
9
作者 牛义仁 管致锦 +1 位作者 李海峰 陆俊宇 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期161-169,共9页
在实际量子计算中,量子比特和量子操作表现出不同的品质特性,从而影响量子计算结果的保真度。而量子受控非门(CNOT门)错误率在品质特性中占据主要地位。提出了一种既能满足连通约束又能提高保真度的量子线路转换方法,该方法先通过Floyd... 在实际量子计算中,量子比特和量子操作表现出不同的品质特性,从而影响量子计算结果的保真度。而量子受控非门(CNOT门)错误率在品质特性中占据主要地位。提出了一种既能满足连通约束又能提高保真度的量子线路转换方法,该方法先通过Floyd算法找出量子位移动路径,基于该路径上存在的一个或多个双量子比特门执行的成功率,构建启发式函数,以此来选择线路中高保真度的交换方式。多个基准测试实验结果表明,与IBM Qiskit工具包中的SabreSwap和StochasticSwap算法相比,本工作所提方法在量子线路保真度方面分别提高了39.29%和36.06%。 展开更多
关键词 量子信息 量子线路 保真度 线路转换 CNOT错误率
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基于正反控制模型的可逆逻辑综合 被引量：10
10
作者 管致锦 秦小麟 +1 位作者 施佺 郑吉平 《计算机学报》 EI CSCD 北大核心 2008年第5期835-844,共10页
对一般Toffoli门进行了衍变和推广,给出了一个正反控制可逆级联模型(PNCRC),该模型拥有五种基本线型,并能正反控制目标位的输出.基于该模型给出了相应的可逆综合算法.对输入数不大于16的NCMCBench-mark函数进行测试并与已有的可逆综合... 对一般Toffoli门进行了衍变和推广,给出了一个正反控制可逆级联模型(PNCRC),该模型拥有五种基本线型,并能正反控制目标位的输出.基于该模型给出了相应的可逆综合算法.对输入数不大于16的NCMCBench-mark函数进行测试并与已有的可逆综合方法比较,结果表明,利用该模型进行的可逆综合,垃圾信息数和可逆门数的优化效果都具有一定程度的改善. 展开更多
关键词 可逆逻辑 可逆门 垃圾信息 正反控制 可逆网络
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可逆逻辑门网络的表示与级联 被引量：10
11
作者 管致锦 秦小麟 +1 位作者 陶涛 施 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第10期2370-2376,共7页
可逆计算是一个新兴的研究领域,可逆逻辑门网络的级联是可逆计算的重要内容.本文提出了一种可逆逻辑网络表示方法,给出了相应的可逆网络模型.为了构造可逆逻辑网络,给出了一种可逆逻辑门单元库的构造方法.证明了同一垂直线上两个不相交... 可逆计算是一个新兴的研究领域,可逆逻辑门网络的级联是可逆计算的重要内容.本文提出了一种可逆逻辑网络表示方法,给出了相应的可逆网络模型.为了构造可逆逻辑网络,给出了一种可逆逻辑门单元库的构造方法.证明了同一垂直线上两个不相交可逆逻辑门单元的输出值与此二逻辑门单元分布到相同平行线的两条相邻垂直线上的输出值之间的关系;给出了分布在相同平行线上奇数和偶数个相邻的相同可逆逻辑门单元输出结果的性质.提出了一种可逆网络输出向量的表示方法和基于可逆门编码的可逆网络级联方法,以此生成给定范围内的可逆网络.通过变进制数的方法快速找到可逆网络输出向量所对应的序号,降低了搜索次数,减小了搜索空间,为进一步综合大规模可逆网络,提高可逆网络级联效率提供了支持.Benchmark例题验证表明,该方法构造的可逆网络控制门数更少,代价更小. 展开更多
关键词 可逆计算 可逆逻辑综合 可逆逻辑门 可逆网络 可逆门级联
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量子电路可逆逻辑综合的研究及进展 被引量：4
12
作者 管致锦 秦小麟 葛自明 《南京邮电大学学报（自然科学版）》 2007年第2期24-27,共4页
分析了量子电路可逆逻辑综合的意义、研究现状和研究进展,给出了相关的研究方法和目前量子可逆逻辑综合研究中存在的主要问题,提出了量子可逆逻辑综合中的最小量子代价、最小化垃圾信息位、最小化门的数量和可逆逻辑综合的规模等关键技... 分析了量子电路可逆逻辑综合的意义、研究现状和研究进展,给出了相关的研究方法和目前量子可逆逻辑综合研究中存在的主要问题,提出了量子可逆逻辑综合中的最小量子代价、最小化垃圾信息位、最小化门的数量和可逆逻辑综合的规模等关键技术问题的解决思路。 展开更多
关键词 量子电路 可逆逻辑 综合
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大变量逻辑函数最佳覆盖问题研究 被引量：2
13
作者 管致锦 张义清 +1 位作者 邱建林 王波 《计算机应用与软件》 CSCD 北大核心 2003年第12期11-13,共3页
逻辑函数的最佳覆盖 ,一直是逻辑综合领域的关键环节。尤其是大变量逻辑函数最佳覆盖 ,对复杂的逻辑综合更为重要 ,但也更加困难。本文在对逻辑覆盖算法研究的基础上 ,提出了适合大变量逻辑函数最佳覆盖的Beister改进算法。经过大量算... 逻辑函数的最佳覆盖 ,一直是逻辑综合领域的关键环节。尤其是大变量逻辑函数最佳覆盖 ,对复杂的逻辑综合更为重要 ,但也更加困难。本文在对逻辑覆盖算法研究的基础上 ,提出了适合大变量逻辑函数最佳覆盖的Beister改进算法。经过大量算题的测试表明 ,改进的列覆盖算法在时间复杂度和选择效果方面均优于Beister算法。 展开更多
关键词 逻辑函数 最佳覆盖问题 逻辑综合 Beister算法
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巨大变量组合逻辑设计优化软件的研究与设计
14
作者 管致锦 张义清 +1 位作者 邱建林 刘维富 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2004年第19期55-56,95,共3页
采用不同优化算法和机器处理方法来缓解机器资源对巨大变量组合逻辑综合问题的限制,介绍了软件系统设计的技术途径。以此形成的巨大变量逻辑优化软件,其输入、输出变量之和达到300。该软件通过了组合逻辑电路的benchmark例题测试。其优... 采用不同优化算法和机器处理方法来缓解机器资源对巨大变量组合逻辑综合问题的限制,介绍了软件系统设计的技术途径。以此形成的巨大变量逻辑优化软件,其输入、输出变量之和达到300。该软件通过了组合逻辑电路的benchmark例题测试。其优化效果的平均输入输出之比为0.652。 展开更多
关键词 巨大变量 逻辑优化 软件
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数据的逻辑综合分析及决策算法
15
作者 管致锦 张义清 徐慧 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2004年第26期73-75,111,共4页
文章给出了逻辑综合分析的基本理论和决策算法。并利用逻辑综合中逻辑单元的随机覆盖问题产生的随机数据,对算法加以验证。实验结果表明决策算法的精确度可以达到97.2%。
关键词 数据 逻辑综合 分析 决策
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适于大数目输入变量的逻辑综合启发式算法
16
作者 管致锦 张义清 《计算机应用与软件》 CSCD 北大核心 2004年第11期8-9,20,共3页
本文给出了适用于大数目输入变量的逻辑综合启发式算法。该方法采用自顶向下的逼近 ,通过包含的文字产生蕴涵项 ,包含文字的选择是基于启发式方法 ,根据文字发生的频率进行的。这个算法已经通过标准benchmarks例题和随机产生的大数目输... 本文给出了适用于大数目输入变量的逻辑综合启发式算法。该方法采用自顶向下的逼近 ,通过包含的文字产生蕴涵项 ,包含文字的选择是基于启发式方法 ,根据文字发生的频率进行的。这个算法已经通过标准benchmarks例题和随机产生的大数目输入变量问题的测试。实验证明该方法是有效的 ,特别对大数目输入变量的函数 ,具有较好的综合效果。 展开更多
关键词 输入变量 逻辑综合 启发式算法 文字 自顶向下 逼近 测试 实验证明 数目 随机
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电子病历挖掘：概念、技术及应用 被引量：11
17
作者 丁卫平 管致锦 +1 位作者 施诠 陈建平 《计算机工程与设计》 CSCD 北大核心 2008年第2期405-407,410,共4页
电子病历挖掘受到了国内外研究人员的极大关注,它旨在提取电子病历数据库中有用的医疗信息并挖掘隐含在其中的医学诊断规则和模式,从而为疾病诊断和治疗提供科学的、准确的辅助决策。通过对资料和文献的分析,详细总结并探讨了电子病历... 电子病历挖掘受到了国内外研究人员的极大关注,它旨在提取电子病历数据库中有用的医疗信息并挖掘隐含在其中的医学诊断规则和模式,从而为疾病诊断和治疗提供科学的、准确的辅助决策。通过对资料和文献的分析,详细总结并探讨了电子病历挖掘的概念、技术路线、主要方法以及应用领域,最后指出了其研究面临的挑战。随着电子病历挖掘的进一步研究,其必将在医学领域得到更广泛地应用。 展开更多
关键词 电子病历 数据挖掘 计算智能 疾病诊断 辅助决策
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基于量子蛙跳协同进化的粗糙属性快速约简 被引量：14
18
作者 丁卫平 王建东 管致锦 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第11期2597-2603,共7页
属性约简是粗糙集理论研究的重要内容,现已证明求决策表最小约简是一个典型NP难题.本文提出一种基于量子蛙群协同进化的粗糙属性快速约简算法.该算法构造一种动态多簇的蛙群结构,用量子态比特进行蛙群个体编码,以自适应量子旋转角调整... 属性约简是粗糙集理论研究的重要内容,现已证明求决策表最小约简是一个典型NP难题.本文提出一种基于量子蛙群协同进化的粗糙属性快速约简算法.该算法构造一种动态多簇的蛙群结构,用量子态比特进行蛙群个体编码,以自适应量子旋转角调整、量子变异和量子纠缠等策略加速蛙群进化收敛,各簇蛙群以双向协同学习机制共享属性约简中相关信息.标准Benchmark优化函数测试结果表明该算法在保证收敛速度同时具有较强的平衡全局优化与局部细致搜索能力.在UCI数据集上进行属性约简比较实验,结果验证了本算法在属性约简精度和效率方面具有明显优势. 展开更多
关键词 属性约简 量子蛙群进化 双向协同 自适应量子旋转角 动态多簇结构
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基于形式概念分析的不完备电子病历系统粗糙挖掘研究 被引量：6
19
作者 丁卫平 顾春华 +2 位作者 石振国 陈建平 管致锦 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2009年第10期230-233,共4页
形式概念分析与粗糙集理论是近年来获得飞速发展的两种数据挖掘工具。充分利用概念格在形式概念表示和粗糙集在知识约简等方面的独特优势,提出了基于形式概念分析的不完备电子病历系统粗糙挖掘算法(FCRM)。该算法利用决策规则格进行不... 形式概念分析与粗糙集理论是近年来获得飞速发展的两种数据挖掘工具。充分利用概念格在形式概念表示和粗糙集在知识约简等方面的独特优势,提出了基于形式概念分析的不完备电子病历系统粗糙挖掘算法(FCRM)。该算法利用决策规则格进行不完备知识的形式概念表示和粗糙正域近似约简,并能较好地提取相应一致的决策规则。最后构建不完备中医电子病历方剂挖掘专家系统,实验结果表明该算法在不完备电子病历系统约简和挖掘方面均具有较好性能。 展开更多
关键词 不完备知识 形式概念分析 粗糙近似约简 电子病历挖掘 决策规则格
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基于有效布尔矩阵的线性最近邻量子电路综合 被引量：6
20
作者 程学云 管致锦 +1 位作者 丁卫平 朱鹏程 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第6期743-750,共8页
最近邻量子电路要求满足最近邻约束,只允许在相邻的量子位之间交互,线性量子电路是量子电路的一个重要部分。研究了表示线性最近邻量子电路布尔矩阵有效性的快速判定方法,时间复杂度从n!(n-1)变为O(n^2)。提出了基于有效布尔矩阵的大规... 最近邻量子电路要求满足最近邻约束,只允许在相邻的量子位之间交互,线性量子电路是量子电路的一个重要部分。研究了表示线性最近邻量子电路布尔矩阵有效性的快速判定方法,时间复杂度从n!(n-1)变为O(n^2)。提出了基于有效布尔矩阵的大规模线性最近邻量子电路的并行综合算法,在不到10 s内对128线的任意线性最近邻量子电路完成了电路综合。提出的并行方法不仅保证了精度,也大大减少了量子电路的综合时间,扩大了求解电路的规模. 展开更多
关键词 量子信息 线性量子电路 线性最近邻 有效布尔矩阵 并行综合算法
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