电力系统离散绝热变分量子潮流计算方法

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作者 韩平平 吴家毓 +3 位作者 仇茹嘉 吴红斌 董王朝 田腾 《电网技术》 北大核心 2025年第7期2852-2862,I0056-I0058,共14页

新型电力系统规模日益增大,迫切需求高性能算力以适应更高效、更智能的能源分配和管理,量子计算在这些复杂问题处理上潜力巨大。未来电力网络的计算需求也将受益于量子计算的发展。因此,该文提出电力系统离散绝热变分量子潮流计算方法... 新型电力系统规模日益增大,迫切需求高性能算力以适应更高效、更智能的能源分配和管理,量子计算在这些复杂问题处理上潜力巨大。未来电力网络的计算需求也将受益于量子计算的发展。因此,该文提出电力系统离散绝热变分量子潮流计算方法。首先,利用离散绝热量子计算方法构造量子潮流计算模型;然后,选择调度函数f(s),获得离散绝热演化序列,使离散绝热量子潮流计算接近理想绝热演化过程;其次,通过酉矩阵分类的方式快速部署矩阵信息到量子计算机中,并使用变分量子算法求解;最后,使用IEEE14节点算例和真实电网数据在量子模拟器上测试算法的有效性。结果表明,该文方法使用的量子计算机量子资源较少,且能够在误差不超过1%的情况下完成潮流计算任务。 展开更多

关键词 量子计算 电力系统 离散绝热定理 变分量子算法 潮流计算

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基于变分量子电路的量子机器学习算法综述

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作者 于瑞祺 张鑫云 任爽 《计算机研究与发展》 北大核心 2025年第4期821-851,共31页

随着数据规模的增加,机器学习的重要性与影响力随之增大.借助量子力学的原理能够实现量子计算,结合量子计算和机器学习形成的量子机器学习算法对经典机器学习算法理论上能够产生指数级的加速优势.部分经典算法的量子版本已经被提出,有... 随着数据规模的增加,机器学习的重要性与影响力随之增大.借助量子力学的原理能够实现量子计算,结合量子计算和机器学习形成的量子机器学习算法对经典机器学习算法理论上能够产生指数级的加速优势.部分经典算法的量子版本已经被提出,有望解决使用经典计算机难以解决的问题.当前受量子计算硬件所限,可操控的量子比特数目和噪声等因素制约着量子计算机的发展.短期内量子计算硬件难以达到通用量子计算机需要的程度,当前研究重点是获得能够在中等规模含噪声量子(noisy intermediatescale quantum,NISQ)计算设备上运行的算法.变分量子算法是一种混合量子-经典算法,适合应用于当前量子计算设备,是量子机器学习领域的研究热点之一.变分量子电路是一种参数化量子电路,变分量子算法利用其完成量子机器学习任务.变分量子电路也被称为拟设或量子神经网络.变分量子算法框架主要由5个步骤组成:1)根据任务设计损失函数和量子电路结构;2)将经典数据预处理后编码到量子态上,量子数据可以省略编码;3)计算损失函数;4)测量和后处理;5)优化器优化参数.在此背景下,综述了量子计算基础理论与变分量子算法的基础框架,详细介绍了变分量子算法在量子机器学习领域的应用及进展,分别对量子有监督学习、量子无监督学习、量子半监督学习、量子强化学习以及量子电路结构搜索相关模型进行了介绍与对比,对相关数据集及相关模拟平台进行了简要介绍和汇总,最后提出了基于变分量子电路量子机器学习算法所面临的挑战及今后的研究趋势. 展开更多

关键词 量子计算 量子机器学习 变分量子算法 量子神经网络 量子深度学习 量子强化学习

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利用连续参数的变分量子算法实现超导量子门

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作者 张海涛 刘宇睿 +3 位作者 李逸文 林嘉懿 许鹏 吴盛俊 《南京大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期300-311,共12页

随着量子计算已步入中等噪声规模阶段,量子比特(Quantum Bits,qubits)的有效控制和量子操作的实现已成为重要的研究方向.目前,机器学习在许多领域都发挥着重要作用,因此,将机器学习与量子计算相结合,利用机器学习的方法解决量子计算的问... 随着量子计算已步入中等噪声规模阶段,量子比特(Quantum Bits,qubits)的有效控制和量子操作的实现已成为重要的研究方向.目前,机器学习在许多领域都发挥着重要作用,因此,将机器学习与量子计算相结合,利用机器学习的方法解决量子计算的问题,寻找可行的量子操控方案.基于超导量子电路,利用连续参数的变分量子算法(Continuous-Time Variational Quantum Algorithm,CTVQA)对两个二能级超导量子比特系统的参数进行变分优化,得到控制非(Controlled-NOT,CNOT)门、控制相位(Controlled-Phase,CZ)门和量子傅立叶变换(Quantum Fourier Transform,QFT)三种量子操作的参数调控方案.然后,通过引入噪声的方式对三个参数调控方案进行鲁棒性分析.结果表明,CTVQA在实现量子操控方面具有较好的通用性,能够为实验提供参数方案.同时,CTVQA得到的参数方案在保真度和鲁棒性方面表现较好. 展开更多

关键词 量子力学 量子计算 超导量子比特 连续参数的变分量子算法 量子门

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量子计算技术在新型电力系统决策优化中的应用 被引量：8

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作者 李知艺 许悦 韩旭涛 《电力系统自动化》 EI CSCD 北大核心 2024年第6期62-73,共12页

新型电力系统的规划、运行和市场运营等决策优化过程呈现变量激增、约束繁杂等特点,而量子计算具有运算并行和状态叠加等特性,为高效解决此类“维数灾难”难题提供了新的技术路径。文中围绕量子计算技术赋能新型电力系统决策优化的原理... 新型电力系统的规划、运行和市场运营等决策优化过程呈现变量激增、约束繁杂等特点,而量子计算具有运算并行和状态叠加等特性,为高效解决此类“维数灾难”难题提供了新的技术路径。文中围绕量子计算技术赋能新型电力系统决策优化的原理可行性及实现思路展开探析。首先,梳理分析量子计算应用于新型电力系统决策优化过程的先进性与局限性,构建量子-经典计算混合的变分量子决策优化框架。在此基础上,提炼新型电力系统典型优化问题的共性,推导统一的问题结构,形成可利用量子比特系统描述的能量模型。随后,提出基于量子近似优化算法的求解流程,寻找能量模型的极值,并映射得到原优化问题的最优解。最后,从软硬件、算法框架以及行业发展等角度提出思考与展望。 展开更多

关键词 量子计算 新型电力系统 决策优化 变分量子算法 量子近似优化算法 混合整数规划 分布式计算

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基于Bloch球面的量子遗传算法的混合储能系统容量配置 被引量：48

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作者 马速良 马会萌 +2 位作者 蒋小平 段国栋 李娜 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2015年第3期592-599,共8页

风电功率波动对电网造成不容忽视的影响。风电并网处加入混合储能系统可有效降低风电对电网的影响。首先,有效地分解风电有功功率,得到混合储能系统需平抑的波动功率;然后,在电池及超级电容器荷电状态、额定功率及充放电时间的允许范围... 风电功率波动对电网造成不容忽视的影响。风电并网处加入混合储能系统可有效降低风电对电网的影响。首先,有效地分解风电有功功率,得到混合储能系统需平抑的波动功率;然后,在电池及超级电容器荷电状态、额定功率及充放电时间的允许范围内实现超级电容器优先充放电的协调控制方式;最后,应用映射于Bloch球面的量子遗传算法,确定满足混合储能系统技术要求及工程指标的混合储能系统配置方案,使混合储能系统成本最低。算例分析证明了在监测荷电状态等约束条件下,优先超级电容器充放电控制方式的有效性及Bloch球面量子遗传算法配置混合储能系统方法的合理性。 展开更多

关键词 风电有功功率波动 混合储能 容量配置 协调控制策略 Bloch球面 量子遗传算法

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改进的细菌觅食算法求解认知无线网络频谱分配问题 被引量：10

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作者 李岳洪 万频 +2 位作者 王永华 邓钦 杨健 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2013年第8期49-52,58,共5页

认知无线网络中如何进行频谱合理的分配是实现动态频谱接入的关键技术之一。基于图论着色频谱分配模型,以最大化网络效益为目标函数,提出一种具有量子变异操作的改进的二进制细菌觅食优化算法,用以求解认知无线网络中空闲频谱在认知用... 认知无线网络中如何进行频谱合理的分配是实现动态频谱接入的关键技术之一。基于图论着色频谱分配模型,以最大化网络效益为目标函数,提出一种具有量子变异操作的改进的二进制细菌觅食优化算法,用以求解认知无线网络中空闲频谱在认知用户间的动态分配问题。通过仿真实验比较了本算法与颜色敏感图论着色算法、传统二进制细菌觅食算法的性能。结果表明:本算法性能明显优于颜色敏感图论着色算法,能更好地实现网络效益最大化,提高用户的平均效益;与传统二进制细菌觅食算法相比,改进后的细菌觅食算法寻优能力更强,收敛速度更快。 展开更多

关键词 认知无线网络 频谱分配 细菌觅食算法 图论着色 量子变异

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一种改进的量子遗传算法及其应用 被引量：10

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作者 杨树欣 詹宁波 田林怀 《计算机工程》 CAS CSCD 2013年第5期196-199,共4页

基于量子位测量的二进制量子遗传算法,在用于连续问题优化时,频繁的解码运算会降低优化效率。为解决该问题,提出一种改进的量子遗传算法。基于Bloch球面建立搜索机制,使用量子位描述个体,采用泡利矩阵建立旋转轴,通过量子位在Bloch球面... 基于量子位测量的二进制量子遗传算法,在用于连续问题优化时,频繁的解码运算会降低优化效率。为解决该问题,提出一种改进的量子遗传算法。基于Bloch球面建立搜索机制,使用量子位描述个体,采用泡利矩阵建立旋转轴,通过量子位在Bloch球面上的绕轴旋转实现进化搜索,利用Hadamard门实现个体变异,以避免早熟收敛,使当前量子位沿着Bloch球面上的大圆逼近目标量子位。实例结果表明,该算法在经历大约26步迭代后,绝对误差积分指标值最小为4.122,优化能力优于基于量子位Bloch坐标的量子遗传算法和带精英保留策略的遗传算法。 展开更多

关键词 量子遗传算法 全局搜索 Bloch球面搜索 变异处理 旋转矩阵

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基于改进的量子遗传算法的认知无线网络频谱分配方法 被引量：5

8

作者 刘刚 赵海洋 +1 位作者 陈华 郝晓辰 《高技术通讯》 CAS CSCD 北大核心 2015年第8期760-765,共6页

为了提高认知无线网络频谱分配的效果,根据认知无线网络的特性,提出了基于改进的量子遗传算法(IQGA)的认知无线网络频谱分配方法。该方法利用混沌搜索初始化种群染色体编码,在迭代过程中采用动态调整量子旋转角度更新染色体,并通过变异... 为了提高认知无线网络频谱分配的效果,根据认知无线网络的特性,提出了基于改进的量子遗传算法(IQGA)的认知无线网络频谱分配方法。该方法利用混沌搜索初始化种群染色体编码,在迭代过程中采用动态调整量子旋转角度更新染色体,并通过变异阈值对染色体进行选择性变异,最终将频谱分配的分配矩阵和基于混沌搜索的量子遗传算法的可行解相对应,以提高网络系统的平均效益为目标函数,实现空闲信道的合理分配。仿真结果表明,基于IQGA的认知无线网络频谱分配方法具有更快的收敛速度和更好的寻优性能,能有效地提高网络系统的整体效益。 展开更多

关键词 认知无线网络 频谱分配 量子遗传算法(QGA) 混沌搜索 变异阈值

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基于变分模态分解算法的单通道无线电混合信号分离 被引量：9

9

作者 江春冬 王景玉 +2 位作者 杜太行 郝静 龙超 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第12期1618-1626,共9页

针对复杂电磁环境下单通道无线电混合信号分离困难及分离精度不高的问题,提出2次使用变分模态分解(VMD)算法对单通道无线电混合信号进行分离的方法.首先利用VMD算法对单通道无线电混合信号进行粗分离,并将VMD算法与总体平均经验模态分解... 针对复杂电磁环境下单通道无线电混合信号分离困难及分离精度不高的问题,提出2次使用变分模态分解(VMD)算法对单通道无线电混合信号进行分离的方法.首先利用VMD算法对单通道无线电混合信号进行粗分离,并将VMD算法与总体平均经验模态分解(EEMD)算法进行对比,得出前者分离出的信号在时域、频域及信噪比和相似系数等方面均比后者取得的对应结果效果好的结论.然后对VMD算法的参数利用改进的量子粒子群优化算法进行优化,确定所需分量个数和惩罚因子的值.最后对VMD算法分离后的信号使用参数优化后的VMD算法进行细分离.数值模拟和实验信号分析结果均表明,再次分离后所得到的信号精度较利用VMD算法对单通道无线电混合信号进行粗分离时更高,证明了所提算法对单通道无线电混合信号分离的有效性. 展开更多

关键词 变分模态分解 总体平均经验模态分解 改进的量子粒子群优化

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基于量子进化算法的批量生产问题

10

作者 黄柳萍 《科学技术与工程》 北大核心 2019年第35期248-252,共5页

在现代制造业的供应链中,生产批量计划(Lot-sizing)问题是企业经济效益最大化的关键因素之一,其主要研究在给定批量产品的需求下,确定最佳的生产方案,使得制造成本、库存成本和调整成本的总和最小化或者利润最大化。近年来的群智算法如... 在现代制造业的供应链中,生产批量计划(Lot-sizing)问题是企业经济效益最大化的关键因素之一,其主要研究在给定批量产品的需求下,确定最佳的生产方案,使得制造成本、库存成本和调整成本的总和最小化或者利润最大化。近年来的群智算法如遗传算法和粒子群算法等为解决复杂的Lot-sizing问题提供了新途径,但是这些算法易陷入局部最优。为了获得全局,将量子算法融入经典进化遗传算法中,首先,运用量子理论中独特的概率幅和量子比特对计划产量的决策变量进行编码;然后在迭代过程中,通过动态调整量子旋转角度来控制基因的变异速度,保持最优个体的基因信息,以免陷入局部最优的陷阱。Lot-sizing问题的案例实证表明,与上述常见的群智粒子群算法相比,量子进化算法的求解精度更高、收敛速度更快,可以有效解决复杂多约束的Lot-sizing问题,提高企业的生产效率。 展开更多

关键词 供应链管理 量子进化算法 概率幅 自旋角度 基因变异

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基于Grover搜索算法的整数分解 被引量：4

11

作者 宋慧超 刘晓楠 +2 位作者 王洪 尹美娟 江舵 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2021年第4期20-25,共6页

非结构化搜索是计算机科学中最基本的问题之一,而Grover量子搜索算法就是针对非结构化搜索问题设计的。Grover量子搜索算法可用于解决图着色、最短路径排序等问题,也可以有效破译密码系统。文中提出基于Grover搜索算法并结合经典预处理... 非结构化搜索是计算机科学中最基本的问题之一,而Grover量子搜索算法就是针对非结构化搜索问题设计的。Grover量子搜索算法可用于解决图着色、最短路径排序等问题,也可以有效破译密码系统。文中提出基于Grover搜索算法并结合经典预处理实现整数分解。首先基于IBMQ云平台对不同量子比特的Grover算法量子电路进行了仿真,以及模拟使用Grover算法求解N的素因子P和Q;然后将化简后的方程转化为布尔逻辑关系,以此来构建Grover算法中的Oracle;最后通过改变迭代次数来改变搜索到解的概率。仿真结果验证了使用Grover算法求解素因子P和Q的可行性。文中实现了在搜索空间为16且一次G迭代条件下以近78%的成功概率搜索到目标项。文中还比较了Grover算法与Shor算法在求解一些数字时所耗费的量子比特数和时间渐近复杂度的差异。通过Grover量子搜索算法分解整数的实验拓展了该算法的应用领域,Grover算法的加速效果在大型搜索问题中尤为明显。 展开更多

关键词 GROVER算法 VQF算法 IBMQ 整数分解 Shor算法

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基于变分量子算法的电力系统潮流计算 被引量：6

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作者 凌佳杰 耿光超 江全元 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第1期28-36,共9页

量子计算具有经典计算技术无法比拟的超强并行计算处理能力。因此,该文研究量子计算在电力系统潮流计算中的应用。针对电力系统未来的需求以及考虑到当下量子计算机的特点,采用变分量子算法来解决电力系统潮流问题。从目标函数的建立、... 量子计算具有经典计算技术无法比拟的超强并行计算处理能力。因此,该文研究量子计算在电力系统潮流计算中的应用。针对电力系统未来的需求以及考虑到当下量子计算机的特点,采用变分量子算法来解决电力系统潮流问题。从目标函数的建立、基本量子测试电路的搭建以及变分电路的设计,构建适合于电力系统潮流计算的变分量子模型。最后,利用量子模拟器以及真实量子计算机在IEEE系统上测试变分量子算法的有效性。 展开更多

关键词 量子计算 变分量子算法 电力系统 潮流计算

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泊松方程量子求解算法 被引量：1

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作者 崔国龙 王志敏 +8 位作者 王升斌 王鹏 史尚尚 尚瑞敏 李佳芸 李亚男 李文东 魏志强 顾永建 《矿物岩石地球化学通报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第4期861-874,共14页

地球上海洋和大气的运动规律遵从Navier-Stokes(NS)方程的约束,该方程及其导出的地球流体动力学方程组属于非线性偏微分方程组,通常采用数值方法求解,而随着离散网格数目的增加,求解该方程已逐渐超出目前经典超算的计算能力。量子计算... 地球上海洋和大气的运动规律遵从Navier-Stokes(NS)方程的约束,该方程及其导出的地球流体动力学方程组属于非线性偏微分方程组,通常采用数值方法求解,而随着离散网格数目的增加,求解该方程已逐渐超出目前经典超算的计算能力。量子计算是一种基于量子力学的基本原理进行信息处理的新一代计算模式,相比于经典计算具有指数加速能力,使用量子计算机有望破解全球海洋和大气动力学模拟的算力困境。本文对该课题作了初期探索,即在一定约束条件下,NS方程的求解可规约到泊松方程求解上;针对不同情境,本文设计了三种泊松方程量子求解算法,它们相对经典计算均具有加速效果。本文给出了三种求解算法的完全模块化的量子运行线路、能在现有量子计算机上直接运行演示。本文提出的泊松方程量子求解算法可以直接应用于其他科学研究领域。 展开更多

关键词 量子算法 泊松方程 变分量子算法 海洋动力学模拟

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量子–经典混合神经网络及其故障诊断应用 被引量：1

14

作者 窦通 周振威 +3 位作者 刘涛 汪凯蔚 汪皓 崔巍 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第11期1785-1792,共8页

量子神经网络由于结合了量子计算和神经网络的优点,近年来受到了广泛的关注.然而由于目前量子计算资源受限(如量子比特数、量子逻辑门的保真度等)以及贫瘠高原现象(量子神经网络优化过程中解空间变得平坦时出现的训练困难)的存在,量子... 量子神经网络由于结合了量子计算和神经网络的优点,近年来受到了广泛的关注.然而由于目前量子计算资源受限(如量子比特数、量子逻辑门的保真度等)以及贫瘠高原现象(量子神经网络优化过程中解空间变得平坦时出现的训练困难)的存在,量子神经网络当前还难以大规模训练.针对上述问题,本文面向量子–经典混合神经网络模型提出了一种基于无监督学习的特征提取方法.所采用的无监督学习方法结合了量子自编码器和K-medoids聚类方法,可用于多层次结构的特征学习.该方法创新地利用了K-mediods方法对训练得到的量子自编码器进行聚类,以最大化量子自编码器性质的差异.进一步,本文在轴承异常检测问题上,通过实验验证了所提出的无监督特征提取方法的有效性和实用性,测试集准确率在二分类、四分类和十分类分别达到100%,89.6%和81.6%. 展开更多

关键词 量子计算 变分量子算法 量子自编码器 无监督学习 异常检测

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一种竞争型量子进化算法

15

作者 乔冬冬 方洋旺 +1 位作者 陈少华 彭维仕 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2016年第9期18-22,共5页

针对连续空间数值优化问题,提出了一种竞争型量子进化算法。粒子每次向全局最优和种群均值两个方向分别进化,从而得到两个子粒子。根据"优胜劣汰"原则选择适应度较高者作为下一代。同时,为了保证粒子的多样性,引入了一种自适... 针对连续空间数值优化问题,提出了一种竞争型量子进化算法。粒子每次向全局最优和种群均值两个方向分别进化,从而得到两个子粒子。根据"优胜劣汰"原则选择适应度较高者作为下一代。同时,为了保证粒子的多样性,引入了一种自适应变异机制:对适应度较低的粒子以较高概率进行变异,而对适应度较高粒子以较低概率进行扰动。通过5个标准测试函数验证了算法的性能。仿真结果表明,与PAQEA及NVCQEA相比,该算法收敛速度快,收敛精度高,稳定性好。 展开更多

关键词 量子进化算法 双方向进化 相位角编码 自适应变异

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基于数字反向透热补偿的量子算法

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作者 王佳楠 丁泳程 +1 位作者 郝敏佳 陈玺 《上海大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2022年第5期883-895,共13页

与传统计算机不同,量子计算机在计算速度和能耗方面大大优于传统计算机,被认为是未来具有重大影响力的新型计算模式之一.目前,量子绝热算法、变分量子本征求解器(variational quantum eigensolver,VQE)、量子近似优化算法(quantum appro... 与传统计算机不同,量子计算机在计算速度和能耗方面大大优于传统计算机,被认为是未来具有重大影响力的新型计算模式之一.目前,量子绝热算法、变分量子本征求解器(variational quantum eigensolver,VQE)、量子近似优化算法(quantum approximate optimization algorithm,QAOA)是当前含噪声中等规模量子时代有望用来尝试寻找量子优势的重要算法.以氢气为例的基态能量计算,展现了量子绝热算法和变分量子本征求解器在量子化学中的应用.通过利用数字反向透热补偿法加速量子绝热算法,并利用变分量子本征求解器实现其优化,用于降低量子线路深度,提高能量计算的准确性.随着研究的不断发展,该基于数字反向透热补偿的量子算法有望应用于数据搜索、材料设计、生物制药等领域,体现出量子的优越性. 展开更多

关键词 量子绝热算法 变分量子本征求解器 反向透热补偿 量子化学

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