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基于矩阵乘积态的有限纠缠量子傅里叶变换模拟 被引量:2
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作者 刘晓楠 廉德萌 +1 位作者 杜帅岐 刘正煜 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2024年第9期80-86,共7页
与经典计算不同,在量子计算中量子比特可以处于叠加态,多个量子比特之间还可以形成纠缠态。表示n个量子比特组成的量子态需要存储2^(n)个振幅,这种指数级的存储开销使得大规模的量子模拟难以进行。然而当量子态的纠缠程度有限时,使用矩... 与经典计算不同,在量子计算中量子比特可以处于叠加态,多个量子比特之间还可以形成纠缠态。表示n个量子比特组成的量子态需要存储2^(n)个振幅,这种指数级的存储开销使得大规模的量子模拟难以进行。然而当量子态的纠缠程度有限时,使用矩阵乘积态表示量子态仅需要线性的空间复杂度,可以扩大模拟的规模。使用HIP-Clang语言,基于CPU+DCU的异构编程模型,使用矩阵乘积态表示量子态,对量子傅里叶变换进行模拟。结合矩阵乘积态的特点,对量子傅里叶变换线路进行分析,减少模拟实现时不必要的张量缩并运算与正交化构建。对模拟过程中的张量缩并进行分析,使用TTGT算法完成张量缩并运算,同时利用DCU的并行处理能力来提高效率。对模拟结果进行分析,分别通过振幅误差与半经典Draper量子加法器的结果验证了模拟的正确性。对模拟规模进行分析,当量子态的纠缠熵最大时,使用16 GB的内存空间最多只能模拟24位的量子态,而当量子态内部纠缠程度较低时,可以对上百位的量子态进行量子傅里叶变换模拟。 展开更多
关键词 量子模拟 量子傅里叶变换 矩阵乘积态 异构计算 DCU HIP-Clang
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基于申威26010处理器的大规模量子傅里叶变换模拟 被引量:5
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作者 刘晓楠 荆丽娜 +1 位作者 王立新 王美玲 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2020年第8期93-97,共5页
量子计算由于其纠缠性和叠加性具有天然的并行优势,然而目前的量子计算设备受限于物理实现的工艺水平,距离可发挥巨大计算能力并解决有现实意义的实际问题还需要一定时间的技术积累和突破。因此,采用经典计算机对量子计算进行模拟成为... 量子计算由于其纠缠性和叠加性具有天然的并行优势,然而目前的量子计算设备受限于物理实现的工艺水平,距离可发挥巨大计算能力并解决有现实意义的实际问题还需要一定时间的技术积累和突破。因此,采用经典计算机对量子计算进行模拟成为验证量子算法的有效途径。量子傅里叶变换(Quantum Fourier Transform,QFT)是许多量子算法的关键组成部分,它涉及相位估计、求阶、因子等问题。对量子傅里叶变换的研究和大规模模拟实现,可以有效促进相关量子算法的研究、验证以及优化。文中使用我国自主研发的超级计算机——“神威·太湖之光”对大规模量子傅里叶变换进行模拟,并根据申威26010处理器异构并行的特点,采用MPI、加速线程库以及通信与计算隐藏技术进行优化。通过Shor算法中求解周期部分的运算来验证量子傅里叶变换模拟的正确性,实现了46位量子比特QFT算法的模拟和优化,为其他量子算法在超算平台上的验证优化以及新量子算法的提出提供了参考。 展开更多
关键词 量子傅里叶变换 申威26010 MPI 加速线程库 Shor算法
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基于量子傅里叶变换的模式特征提取算法 被引量:1
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作者 周日贵 杨淑群 +2 位作者 徐新卫 曹永忠 丁秋林 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第1期134-136,共3页
量子算法由于具有量子态的叠加性、相干性和纠缠性使得它可以解决一些经典NP问题,并且它具有许多传统算法所没有的优点。本文利用量子傅里叶变换提出了一个模式特征提取算法,它借助量子并行特性只需进行一次量子傅里叶变换就可以提取模... 量子算法由于具有量子态的叠加性、相干性和纠缠性使得它可以解决一些经典NP问题,并且它具有许多传统算法所没有的优点。本文利用量子傅里叶变换提出了一个模式特征提取算法,它借助量子并行特性只需进行一次量子傅里叶变换就可以提取模式特征,所以它提取模式特征的速度比传统特征提取算法有了指数级的提高。利用该算法提取出来的特征可以进行模式识别或图像识别。本文通过理论推导证明了该算法的可行性,通过简单的模式图验证了该模式特征提取算法的有用性。 展开更多
关键词 特征提取 模式识别 量子傅里叶变换 图像识别
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量子傅里叶变换在齿轮模式识别中的应用
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作者 李胜 张培林 +2 位作者 吴定海 刘炳辰 周云川 《机床与液压》 北大核心 2015年第11期188-190,共3页
量子傅里叶变换是量子算法的基础,也是指数式效率的关键。提出了一种基于量子傅里叶变换的特征提取算法,该算法搭建了量子计算的运行路线;构建了实施量子傅里叶变换的特征提取步骤,并构造了峰值评价函数,用于评价提取出的特征值;利用该... 量子傅里叶变换是量子算法的基础,也是指数式效率的关键。提出了一种基于量子傅里叶变换的特征提取算法,该算法搭建了量子计算的运行路线;构建了实施量子傅里叶变换的特征提取步骤,并构造了峰值评价函数,用于评价提取出的特征值;利用该算法对齿轮的正常、齿面磨损、齿根裂纹和断齿等状态进行模式识别。实验结果验证了该算法的有效性和实用性。 展开更多
关键词 量子计算 量子傅里叶变换 特征提取 齿轮 模式识别
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基于半经典量子傅里叶变换的t-比特半经典相位估计算法实现
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作者 江舵 刘晓楠 +2 位作者 王洪 尹美娟 宋慧超 《计算机应用研究》 CSCD 北大核心 2021年第9期2773-2776,共4页
半经典量子傅里叶变换(quantum Fourier transform,QFT)是通过测量计算线路中特定的比特,依据测量结果经过经典信息处理控制下一个比特的变换。利用半经典量子傅里叶变换思想,提出了t-比特半经典量子相位估计算法,并在IBM Q Experience... 半经典量子傅里叶变换(quantum Fourier transform,QFT)是通过测量计算线路中特定的比特,依据测量结果经过经典信息处理控制下一个比特的变换。利用半经典量子傅里叶变换思想,提出了t-比特半经典量子相位估计算法,并在IBM Q Experience量子云平台、IBM qiskit量子模拟器和国内本源悟源云平台量子模拟器上开展了不同规模的半经典相位估计实验。实验表明,该方法提高了估计精度的同时减少了算法对线路规模和两比特受控门的依赖。 展开更多
关键词 半经典 IBM Q Experience 量子相位估计 量子傅里叶变换
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基于“嵩山”超级计算机系统的量子傅里叶变换模拟 被引量:6
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作者 谢景明 胡伟方 +2 位作者 韩林 赵荣彩 荆丽娜 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2021年第12期36-42,共7页
"嵩山"超级计算机系统是中国自主研发的新一代异构超级计算机集群,其搭载的CPU和DCU加速器均为我国自主研发。为扩充该平台的科学计算生态,验证量子计算研究在该平台上开展的可行性,文中使用异构编程模型实现了量子傅里叶变... "嵩山"超级计算机系统是中国自主研发的新一代异构超级计算机集群,其搭载的CPU和DCU加速器均为我国自主研发。为扩充该平台的科学计算生态,验证量子计算研究在该平台上开展的可行性,文中使用异构编程模型实现了量子傅里叶变换模拟在"嵩山"超级计算机系统上的异构版本,将程序的计算热点部分分配至DCU上运行;然后使用MPI在单计算节点上开启多进程,实现DCU加速器数据传输和计算的并发;最后,通过计算与通信的隐藏避免了DCU在数据传输时处于较长时间的空闲状态。实验首次在超算系统上实现了44 Qubits规模的量子傅里叶变换模拟,结果显示,异构版本的量子傅里叶变换模拟充分利用了DCU加速器计算资源,相较于传统CPU版本,其取得了11.594的加速比,且在集群上具有良好的可拓展性,该方法为其他量子算法在"嵩山"超级计算机系统上的模拟实现以及优化提供了参考。 展开更多
关键词 异构计算 量子傅里叶变换 DCU加速器 HIP-C MPI 通信隐藏
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基于量子傅里叶变换求和的量子投票协议 被引量:3
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作者 冯雁 王蕊聪 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2022年第5期311-317,共7页
针对传统电子投票存在用户信息易被窃取,而现有量子投票普遍计算效率较低的问题,提出了一种基于量子傅里叶变换求和与向量编码结合的量子投票协议,各方通过量子傅里叶变换将自己的保密数值以单粒子态的形式纠缠叠加到发起方手中进行投票... 针对传统电子投票存在用户信息易被窃取,而现有量子投票普遍计算效率较低的问题,提出了一种基于量子傅里叶变换求和与向量编码结合的量子投票协议,各方通过量子傅里叶变换将自己的保密数值以单粒子态的形式纠缠叠加到发起方手中进行投票,并通过向量编码实现对候选者票数的保密排序,由获胜者公布票数及排名。通过IBM提供的量子计算模拟器对协议量子傅里叶变换求和的正确性进行了验证。通过理论分析证明了协议在面对截取-重发攻击、纠缠测量攻击、共谋攻击以及监听方-候选者攻击这4类攻击时均有较好的安全性,且与现有同类型量子投票方案相比,协议的效率较高。 展开更多
关键词 电子投票 量子傅里叶变换求和 向量编码 量子投票 IBM Q EXPERIENCE
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任意大小图像的量子描述及双线性插值方法 被引量:7
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作者 刘显德 李笑 《计算机工程与设计》 北大核心 2024年第8期2423-2432,共10页
为解决任意大小图像的量子描述及缩放问题,提出一种改进的量子图像描述方法。采用量子基态描述像素值,采用量子叠加态描述像素位置,该叠加态可包含任意数量的基态,描述任意大小的图像。提出一种基于量子傅里叶变换的图像双线性插值方法... 为解决任意大小图像的量子描述及缩放问题,提出一种改进的量子图像描述方法。采用量子基态描述像素值,采用量子叠加态描述像素位置,该叠加态可包含任意数量的基态,描述任意大小的图像。提出一种基于量子傅里叶变换的图像双线性插值方法。基于量子傅里叶变换基本原理,设计实现加法和乘法的量子线路,利于这两个模块及其它辅助模块,研究实现图像双线性插值的量子线路设计方法,设计双线性插值放大和缩小两种具体的量子线路。基于线路中采用的量子基本门的数量,分析线路的复杂度,其结果表明,该方法可以实现对经典方法的指数加速。经典计算机上的仿真结果验证了提出方法的有效性。 展开更多
关键词 量子图像处理 量子图像描述 量子均衡叠加态 量子线路设计 量子图像插值 量子傅里叶变换 双线性插值
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量子彩色图像的频域滤波 被引量:2
9
作者 李盼池 孙昊 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第3期594-601,共8页
为解决量子彩色图像滤波问题,该文提出一种基于量子傅里叶变换的频域滤波方法。首先采用新颖的增强量子描述(NEQR)方案将彩色图像描述为量子图像,然后对该量子图像实施傅里叶变换,采用基于滤波函数定义的量子Oracle将变换后的图像划分... 为解决量子彩色图像滤波问题,该文提出一种基于量子傅里叶变换的频域滤波方法。首先采用新颖的增强量子描述(NEQR)方案将彩色图像描述为量子图像,然后对该量子图像实施傅里叶变换,采用基于滤波函数定义的量子Oracle将变换后的图像划分为不同频率的图像,最后通过逆量子傅里叶变换将这些不同频率的量子图像变换到空域,通过对空域量子图像实施测量即可得到不同频率的经典滤波图像。文中给出了具体的量子滤波线路,以彩色图像平滑、锐化、周期噪声消除为例,验证了提出方案的正确性。 展开更多
关键词 量子图像处理 量子图像滤波 量子傅里叶变换 量子滤波器设计
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基于IBM Q平台的量子算法研究 被引量:3
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作者 卫佳 倪明 +1 位作者 周明 江文兵 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2018年第12期6-12,共7页
为探究多比特量子算法在量子芯片和模拟器中的实现现状,分别在IBM量子芯片和模拟器上运行Grover搜索算法、量子随机行走算法以及量子傅里叶变换算法。针对2 bit Grover搜索算法和2 bit量子随机行走算法,分析测量次数对运行结果的影响并... 为探究多比特量子算法在量子芯片和模拟器中的实现现状,分别在IBM量子芯片和模拟器上运行Grover搜索算法、量子随机行走算法以及量子傅里叶变换算法。针对2 bit Grover搜索算法和2 bit量子随机行走算法,分析测量次数对运行结果的影响并选用最高可模拟次数对量子芯片和模拟器的运算结果进行比对。设计并运行5 bit量子傅里叶变换算法和3 bit Grover搜索算法,分别采用IBM Q模拟器进行最高次数的模拟。实验结果表明,量子芯片测试结果并没有随测量次数的增加而优化,模拟器计算结果的准确度明显优于量子芯片。 展开更多
关键词 IBM Q云平台 量子模拟 量子傅里叶变换 Grover搜索算法 量子随机行走算法 量子计算
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基于量子求和的安全多方量子排序协议 被引量:4
11
作者 王蕊聪 冯雁 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第3期354-364,共11页
安全多方排序问题是保护用户隐私的安全多方计算中最为重要的核心问题之一。针对传统多方排序安全性低、易被窃取的问题,提出了一种在半诚实模型下的安全多方量子排序协议,该协议中各方基于量子傅立叶变换求和的方式参与计算,在保密数... 安全多方排序问题是保护用户隐私的安全多方计算中最为重要的核心问题之一。针对传统多方排序安全性低、易被窃取的问题,提出了一种在半诚实模型下的安全多方量子排序协议,该协议中各方基于量子傅立叶变换求和的方式参与计算,在保密数值不被泄露的基础上获取排名。通过IBM提供的量子计算模拟器,对协议的正确性进行了实验验证,并对协议的安全性进行了理论分析。协议不仅为现有的量子排序提供了新思路,而且很好地兼顾了公平性、有效性以及安全性。 展开更多
关键词 量子通信 安全多方计算 安全多方量子排序 安全多方量子求和 量子傅里叶变换
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