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面向含噪中规模量子处理器的量子机器学习 被引量：1
1
作者 石金晶 肖子萌 +2 位作者 王雯萱 张师超 李学龙 《计算机学报》 北大核心 2025年第3期602-631,共30页
量子计算与人工智能结合,在增强模型表达能力、加速和优化机器学习等方面可能产生颠覆性影响,有望突破人工智能领域所面临的可解释性差、最优解难等问题,量子人工智能已成为国内外重点关注的学科前沿。量子机器学习是量子人工智能领域... 量子计算与人工智能结合,在增强模型表达能力、加速和优化机器学习等方面可能产生颠覆性影响,有望突破人工智能领域所面临的可解释性差、最优解难等问题,量子人工智能已成为国内外重点关注的学科前沿。量子机器学习是量子人工智能领域的重要研究内容,它将量子计算基础理论与机器学习原理相结合,以实现具有量子加速的机器学习任务。随着量子计算软硬件的快速发展,含噪中规模量子(NISQ)处理器的学习优势被证明,国内外学者相继提出一系列量子机器学习方法,以挖掘量子计算助力人工智能技术发展的创新应用。然而,当前的量子机器学习仍局限于对算法的优化,缺乏系统层面的理论架构,仍有许多科学问题亟待解决。本文首先从量子机器学习系统表征角度出发,建立量子机器学习系统的层次模型,概括和总结了面向各类任务的量子机器学习方案,分析了量子机器学习在提高经典算法速度等方面可能体现的“量子优势”。接着根据量子机器学习系统的层次结构,从原理层、计算层、应用层这三个方面对现有量子机器学习方法进行了总结与梳理,系统性地分析和讨论了其中的关键问题与解决方案。最后,结合当前阶段量子人工智能的发展特点,重点分析了量子机器学习领域面临的科学问题与挑战,并对未来该领域的发展趋势进行了深入分析与展望。 展开更多
关键词 量子计算 量子人工智能 量子机器学习 量子算法 含噪中规模量子处理器
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电力系统离散绝热变分量子潮流计算方法
2
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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面向直觉推理的量子效应交通预测算法研究
3
作者 王潮 蒋晓锋 王苏敏 《西安电子科技大学学报》 北大核心 2025年第1期152-162,共11页
准确的实时交通预测是实现智能交通系统的核心技术问题。目前已有的预测方法在考虑交通信息的时空特征时,忽略了道路之间空间特征的依赖程度差异,导致预测模型缺乏差异化设计,无法实现对单条道路的精准预测。为了更好地分析道路之间空... 准确的实时交通预测是实现智能交通系统的核心技术问题。目前已有的预测方法在考虑交通信息的时空特征时,忽略了道路之间空间特征的依赖程度差异,导致预测模型缺乏差异化设计,无法实现对单条道路的精准预测。为了更好地分析道路之间空间特征的依赖程度差异性,设计了面向直觉推理的量子效应交通预测模型。引入直觉推理的思想对路网结构进行编码、组合和比较,分离出在空间特征上高度相关的道路集群,使用量子退火算法优化聚类结果,从而逼近全局最优解。使用华为云研发的MindSpore框架,根据不同的集群构建集群预测模型,专注于每个集群内交通信息的时空特征。在2012年美国洛杉矶高速公路和2021年日本东京1843条高速公路收集的真实数据集上进行实验,并与历史平均值模型、自回归积分平均移动模型、图卷积网络、门控循环单元和时空图卷积网络进行对比。结果表明,在均方根误差、平均绝对误差、准确率、决定系数和解释差异得分5个指标上均优于上述基线。在两个真实数据集上的均方根误差表现相较基于时空图卷积网络的预测模型分别提升了11.32%和13.86%,为目前交通预测问题提供了一种新的、有效的解决方案。 展开更多
关键词 直觉推理 量子计算机 量子退火算法 深度学习 交通预测
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基于HHL算法的量子牛顿-拉夫逊法潮流计算
4
作者 徐震 张大波 +3 位作者 杨贺钧 马英浩 窦猛汉 方圆 《中国电机工程学报》 北大核心 2025年第14期5564-5576,I0020,共14页
量子计算的快速发展为新型电力系统日益复杂的实时仿真计算提供了新的方案。该文将经典计算机的数据处理与量子计算机的迭代计算相结合,提出基于Harrow-Hassidim-Lloyd(HHL)算法的量子牛顿-拉夫逊法潮流计算模型。通过将牛顿-拉夫逊潮... 量子计算的快速发展为新型电力系统日益复杂的实时仿真计算提供了新的方案。该文将经典计算机的数据处理与量子计算机的迭代计算相结合,提出基于Harrow-Hassidim-Lloyd(HHL)算法的量子牛顿-拉夫逊法潮流计算模型。通过将牛顿-拉夫逊潮流方程进行变换,给出修正方程的量子化编码、潮流方程的量子线路构建、修正向量的量子测量的算法原理。基于量子计算的近似求解特性,定义量子潮流计算的收敛判据,以提升迭代计算收敛的可靠性。不同规模的IEEE测试系统在本源量子虚拟计算平台上验证所提量子潮流算法的有效性。 展开更多
关键词 量子潮流计算 HHL算法 牛顿-拉夫逊法 极坐标方程 直角坐标方程
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混合量子-经典算法的配电网灾后拓扑重构方法 被引量：1
5
作者 付炜 谢海鹏 +2 位作者 王鹤峰 陈晨 别朝红 《西安交通大学学报》 EI CAS 北大核心 2025年第1期1-16,共16页
为及时有效地制定配电网拓扑重构策略以提升负荷快速恢复能力,基于量子计算的优越性,提出混合量子-经典(HQC)算法的弹性配电网灾后拓扑重构方法。首先,构建基于HQC算法的灾后配电网拓扑重构模型,以实现实际场景、优化问题、嵌入算法相... 为及时有效地制定配电网拓扑重构策略以提升负荷快速恢复能力,基于量子计算的优越性,提出混合量子-经典(HQC)算法的弹性配电网灾后拓扑重构方法。首先,构建基于HQC算法的灾后配电网拓扑重构模型,以实现实际场景、优化问题、嵌入算法相应模块在量子计算和经典计算环境下的协作交互过程。然后,将配电网拓扑重构问题构造为无约束离散优化子问题和有约束连续优化子问题,提出量子退火嵌入式交替方向乘子(QA-ADMM)算法,将离散子问题等效映射成量子可解释的伊辛模型后,部署在D-Wave量子退火计算机中,并与经典计算机中连续子问题迭代求解,采用自适应惩罚因子调节机制加速算法收敛。最后,通过IEEE 14、33、69、123以及改进的205节点的不同规模配电系统,分析验证了QA-ADMM算法的有效性、稳定性与可扩展性。结果表明,惩罚因子、目标函数惩罚项系数、量子退火中采样读取次数会影响所提算法的精度和收敛速度;优化问题规模扩大后,所提混合量子-经典算法计算优势更加明显,205节点配电系统算例下,计算效率较经典计算可提升约34%。 展开更多
关键词 弹性配电网 拓扑重构 混合量子-经典算法 量子计算 量子退火
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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
6
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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高氯酸铀酰与TMDGA配合物的两种同质多晶体的结构与光谱性质 被引量：1
7
作者 周今 杨雅婷 +5 位作者 张士博 郝轩 柳倩 杨素亮 田国新 张生栋 《原子能科学技术》 北大核心 2025年第8期1595-1602,共8页
为了加深对锕酰化合物电子结构和光谱构效关系的理解,并为锕酰化合物光谱的理论模拟提供重要研究对象,本文通过控制晶体生长条件,在高氯酸体系中成功制备了两种不同对称性的铀酰(UO_(2)L_(2)·2ClO_(4)(L=TMDGA))和N,N,N′,N′-四甲... 为了加深对锕酰化合物电子结构和光谱构效关系的理解,并为锕酰化合物光谱的理论模拟提供重要研究对象,本文通过控制晶体生长条件,在高氯酸体系中成功制备了两种不同对称性的铀酰(UO_(2)L_(2)·2ClO_(4)(L=TMDGA))和N,N,N′,N′-四甲基-二甘酸双酰胺(TMDGA)晶体,低对称性UO_(2)L_(2)·2ClO_(4)命名为U-1,高对称性UO_(2)L_(2)·2ClO_(4)命名为U-2。结果显示,U-2中高对称性的结构单元UO_(2)L_(2)^(2+)展现出与大多数铀酰配合物显著不同的结构和光谱特性,其周围有序排列着ClO_(4)^(-)阴离子通道。通过理论计算对气相环境中U-2的拉曼光谱进行了模拟,所得结果与实验光谱高度吻合,这有力证实了类真空的ClO_(4)^(-)阴离子通道是真实存在的。以上结果表明,分子对称性在锕酰化合物电子结构和光谱构效关系研究中有重要意义,本文研究结果可为锕酰化合物的精确理论模拟方法提供重要指导。 展开更多
关键词 铀酰 TMDGA 晶体结构 拉曼光谱 量化计算
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量子计算:计算力学的新焦点 被引量：1
8
作者 许永春 匡增涛 +2 位作者 黄群 阳杰 胡衡 《力学进展》 北大核心 2025年第2期419-430,共12页
量子计算在算力上有望指数级超越经典计算,然而亟需拓展实际应用场景.计算力学应用场景丰富,但面临多尺度、多物理场、极端环境等问题带来的算力挑战.因此,两者在算力和应用场景上的互补融合式发展前景广阔.本文旨在梳理量子计算在计算... 量子计算在算力上有望指数级超越经典计算,然而亟需拓展实际应用场景.计算力学应用场景丰富,但面临多尺度、多物理场、极端环境等问题带来的算力挑战.因此,两者在算力和应用场景上的互补融合式发展前景广阔.本文旨在梳理量子计算在计算力学中的应用现状,并展望该领域未来的发展趋势. 展开更多
关键词 量子计算 计算力学 算力 计算复杂度
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一种基于混合量子卷积神经网络的恶意代码检测方法 被引量：1
9
作者 熊其冰 苗启广 +2 位作者 杨天 袁本政 费洋扬 《计算机科学》 北大核心 2025年第3期385-390,共6页
量子计算是基于量子力学的全新计算模式,具有远超经典计算的强大并行计算能力。混合量子卷积神经网络结合了量子计算和经典卷积神经网络的双重优势,逐渐成为量子机器学习领域的研究热点之一。当前,恶意代码规模依然呈高速增长态势,检测... 量子计算是基于量子力学的全新计算模式,具有远超经典计算的强大并行计算能力。混合量子卷积神经网络结合了量子计算和经典卷积神经网络的双重优势,逐渐成为量子机器学习领域的研究热点之一。当前,恶意代码规模依然呈高速增长态势,检测模型越来越复杂,参数量越来越大,迫切需要一种高效轻量型的检测模型。为此,设计了一种混合量子卷积神经网络模型,将量子计算融入经典卷积神经网络,以提高模型的计算效率。该模型包含量子卷积层、池化层和经典全连接层。量子卷积层采用低深度强纠缠轻量型的参数化量子线路实现,仅使用两类量子门:量子旋转门Ry和受控非门CNOT(controlled-NOT),并仅使用两量子比特实现卷积计算。池化层基于经典计算和量子计算实现了3种池化方法。在Google TensorFlow Quantum上进行了模拟实验。实验结果显示,所提模型在恶意代码公开数据集DataCon2020和Ember的分类性能(accuracy,F1-score)分别达到了(97.75%,97.71%)和(94.65%,94.78%),均有明显提升。 展开更多
关键词 量子计算 量子机器学习 混合量子卷积神经网络 恶意代码检测
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分布式量子线路映射技术研究进展
10
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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基于光量子计算机的电网停电后分区模型及量子比特扩容方法 被引量：2
11
作者 刘成骏 娄骐 +3 位作者 徐一骏 顾伟 文凯 马寅 《电力系统自动化》 北大核心 2025年第11期80-90,共11页
电网发生大停电事故后,采用分区并行恢复策略能够保证电网快速恢复正常运行,而精准、高效的分区方法则是恢复策略能够实施的重要前提之一。面对新型电力系统日益严格的时效性需求,现存方法无法直接求解模型且求解结果需要人工选择,并受... 电网发生大停电事故后,采用分区并行恢复策略能够保证电网快速恢复正常运行,而精准、高效的分区方法则是恢复策略能够实施的重要前提之一。面对新型电力系统日益严格的时效性需求,现存方法无法直接求解模型且求解结果需要人工选择,并受到经典计算机算力限制。针对上述问题,文中利用近年来新兴的量子计算技术,提出了基于量子计算的电网停电后快速恢复分区方法。首先,以切除线路权重和最小为目标,考虑电网实际运行安全约束,构建了大停电后网络分区模型,并将其转化为光量子计算机能直接求解的二元二次无约束优化模型;然后,考虑实机量子比特数限制,初步探讨了基于子问题抽取的量子比特扩容方法在实际应用中的可能性;最后,依托专用量子计算机,采用两个不同规模的系统分别验证了所提分区模型和量子扩容方法的有效性。 展开更多
关键词 新型电力系统 量子计算 量子比特扩容 停电 二元二次无约束优化 谱聚类 分区并行恢复
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面向量子安全的6G网络分析与展望
12
作者 王骞然 王锦华 +1 位作者 黄铖斌 王靖然 《电讯技术》 北大核心 2025年第7期1102-1109,共8页
随着量子计算的不断发展,其对现有密码系统的影响不容忽视,将对下一代6G网络安全产生实际威胁。首先,分析了6G网络典型场景的安全需求,包括用户隐私保护、身份认证和传输安全等。接着,提出了两种6G网络量子安全解决方案,在抵御抗量子计... 随着量子计算的不断发展,其对现有密码系统的影响不容忽视,将对下一代6G网络安全产生实际威胁。首先,分析了6G网络典型场景的安全需求,包括用户隐私保护、身份认证和传输安全等。接着,提出了两种6G网络量子安全解决方案,在抵御抗量子计算攻击的前提下,稳固了6G网络的安全体系。最后,对方案进行可行性分析,并给出阶段式应用建议及未来发展方向。 展开更多
关键词 6G网络 量子通信 网络安全 抗量子计算
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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
13
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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基于光量子计算机的虚拟电厂分布式资源解聚合优化方法
14
作者 郭梦婕 王晗 +6 位作者 严正 张文博 陶玮 周新生 文凯 马寅 魏海 《中国电机工程学报》 北大核心 2025年第8期2936-2945,I0007,共11页
量子计算机是支撑高性能量子计算及其实用化的载体,其本身具有独特的运行特性,为发挥量子计算优势,需要结合实际场景与问题选择科学可行的应用方式。该文以光量子计算机为依托,首先,提出面向虚拟电厂分布式资源解聚合优化的二次无约束... 量子计算机是支撑高性能量子计算及其实用化的载体,其本身具有独特的运行特性,为发挥量子计算优势,需要结合实际场景与问题选择科学可行的应用方式。该文以光量子计算机为依托,首先,提出面向虚拟电厂分布式资源解聚合优化的二次无约束二值优化(quadratic unconstrained binary optimization,QUBO)模型构建方法,给出优化问题目标函数、等式和不等式约束对应QUBO模型惩罚项的转换方式,为应用光量子计算机求解电力系统运行优化问题提供可行的量子计算范式;然后,建立考虑虚拟电厂运行特征的冗余约束辨识方法与量子比特共用机制,尽可能减少QUBO问题求解所需的量子比特数量;最后,依托团队自主研发的光量子计算机真机开展应用测试,验证光量子计算机真机求解虚拟电厂解聚合优化问题的可行性与有效性,实现电力系统优化问题通过光量子计算机真机求解的突破,也为未来大规模电力系统优化问题的求解开辟新路径。 展开更多
关键词 量子计算 光量子计算机 虚拟电厂 分布式资源 二次无约束二值优化
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灾变风险动态演化下量子-经典混合驱动的电力系统弹性评估方法
15
作者 付炜 谢海鹏 +2 位作者 辛宇 陈晨 别朝红 《中国电机工程学报》 北大核心 2025年第15期5771-5783,I0004,共14页
极端灾害风险动态演化下,新型电力系统弹性评估面临高维场景生成及遍历分析效率低、小概率-高损失事件风险量化精度不足等挑战,而量子计算并行计算处理能力强、潜力巨大,有望突破经典计算瓶颈。该文提出量子-经典混合驱动的电力系统弹... 极端灾害风险动态演化下,新型电力系统弹性评估面临高维场景生成及遍历分析效率低、小概率-高损失事件风险量化精度不足等挑战,而量子计算并行计算处理能力强、潜力巨大,有望突破经典计算瓶颈。该文提出量子-经典混合驱动的电力系统弹性评估方法,构建融合风险动态更新与量子计算的弹性评估框架。首先,构建台风预警信息动态更新下线路故障概率的量子计算模型,利用量子叠加态生成风速场景,并行化估计潜在风险分布下的故障概率,克服经典方法场景遍历计算效率低的困难;进而,设计量子线路驱动的弹性评估模型与架构,对条件风险价值等刻画尾部风险指标实现二次收敛加速计算,解决厚尾分布下风险高效量化难题;然后,提出量子-经典混合弹性评估流程,结合量子电路优化与蒙特卡洛灾损模拟,实现系统损失风险的短时滚动快速评估和全过程模拟评估。最后,基于IBM Qiskit量子模拟器,利用IEEE 33节点系统验证所提方法有效性。 展开更多
关键词 量子计算 弹性评估 量子振幅估计 条件风险价值 小概率-高损失事件
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量子退火驱动的桁架结构拓扑优化设计方法
16
作者 王炎 杨迪雄 +1 位作者 雷振增 陈国海 《计算力学学报》 北大核心 2025年第3期339-345,361,共8页
为克服桁架结构传统拓扑优化方法面临的计算效率低、易陷入局部最优等局限,本文基于桁架基结构思想,提出了一种量子退火驱动的桁架结构刚度优化设计方法。首先,选取桁架结构的弹性应变能作为目标函数,将体积约束表达成惩罚项形式嵌入结... 为克服桁架结构传统拓扑优化方法面临的计算效率低、易陷入局部最优等局限,本文基于桁架基结构思想,提出了一种量子退火驱动的桁架结构刚度优化设计方法。首先,选取桁架结构的弹性应变能作为目标函数,将体积约束表达成惩罚项形式嵌入结构优化问题的哈密顿量中,形成无约束优化问题。然后,通过构造杆件截面积的增量与编码量子比特的指数型映射关系,同时引入辅助量子比特,并以量子退火算法驱动其变化来实现增量正负方向的调整,从而将体积约束下的桁架刚度最大化问题转化为量子退火机能够求解的二次无约束二进制优化问题。使用经典计算机执行有限元分析,在专用量子退火机上实现优化求解,发展了经典与量子计算混合优化框架。两个桁架拓扑优化算例验证了本文提出的算法的稳定收敛性,并展示了量子退火算法在结构优化领域的可行性与应用潜力,为工程优化设计提供了一种融合经典计算与量子算法的创新范式。 展开更多
关键词 桁架结构 拓扑优化设计 量子退火算法 量子计算 二次无约束二进制优化问题
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量子信息科技与产业发展态势及未来展望
17
作者 李硕 李欣欣 +4 位作者 张雪松 高飞 陈远珍 任思源 于溢琛 《中国工程科学》 北大核心 2025年第1期122-132,共11页
量子信息技术是国际科技前沿技术,是大变局时代的关键科技变量,也是大国科技、综合国力和军事竞争的战略高地。本文梳理了国外量子信息领域的战略布局、主要方向的发展态势及我国量子信息领域的发展现状,结合国家战略需求,分析了我国进... 量子信息技术是国际科技前沿技术,是大变局时代的关键科技变量,也是大国科技、综合国力和军事竞争的战略高地。本文梳理了国外量子信息领域的战略布局、主要方向的发展态势及我国量子信息领域的发展现状,结合国家战略需求,分析了我国进一步发展量子信息科技和产业面临的优势与挑战,并应用科技体系工程思维方法,通过研究产业技术应用研发和集成创新途径,面向量子信息技术形态、产品形态和产业生态,提出以量子计算关键赛道为牵引,系统布局量子信息产业发展;抓住自主可控关键节点,系统部署量子信息产业链;面向应用场景引导国家量子重大工程应用项目研发方向;十年积累,培育量子信息科技人才等发展建议,以为我国量子信息产业发展提供借鉴与参考。 展开更多
关键词 量子信息 量子计算 量子通信 量子测量 量子产业
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基于D-Wave Advantage的量子计算实用化SPN结构对称密码攻击研究
18
作者 裴植 洪春雷 +2 位作者 王启迪 胡巧云 王潮 《计算机学报》 北大核心 2025年第1期234-248,共15页
截至2023年,谷歌的量子霸权芯片Sycamore尚不能用于密码攻击。量子计算在理论上对公钥密码有致命性威胁,但对对称密码影响甚微,目前业内已经从缩减版密码算法开始积极探索对称密码的量子攻击。SPN结构是对称密码算法中的一种代表性结构... 截至2023年,谷歌的量子霸权芯片Sycamore尚不能用于密码攻击。量子计算在理论上对公钥密码有致命性威胁,但对对称密码影响甚微,目前业内已经从缩减版密码算法开始积极探索对称密码的量子攻击。SPN结构是对称密码算法中的一种代表性结构,目前基于真实量子计算机的各类量子算法均未能对该结构未经缩减的全规模密码算法进行攻击。基于量子退火算法独有的隧穿效应,使得该算法有利于科学问题的指数级解空间搜索,可将其视为一类具有全局寻优能力的人工智能算法。受传统密码分析方法的影响,本文提出一种对称密码攻击架构:量子退火耦合传统数学方法密码攻击的新型计算架构——QuCMC(Quantum Annealing-Classical Mixed Cryptanalysis)。基于该架构,首先利用可分性刻画SPN结构对称密码算法的线性层和非线性层传播规律,将区分器搜索问题转化为MILP模型求解问题。进一步将MILP模型转化为D-Wave CQM模型,在求解该模型的过程中利用量子波动产生的量子隧穿效应跳出传统智能算法极易陷入的局部亚优解,获得更优的解,即攻击目标对称密码算法的积分区分器。本文使用D-Wave Advantage量子计算机攻击了PRESENT、GIFT-64、RECTANGLE三种SPN结构代表算法,均成功搜索到最长9轮的积分区分器。并且实验结果表明,量子退火算法在跳出局部亚优解能力与降低求解时间两个方面,均优于经典启发式全局寻优算法模拟退火。本研究首次成功利用真实量子计算机对多种全规模SPN结构对称密码算法完成了攻击,攻击效果与传统数学方法持平。 展开更多
关键词 对称密码 量子计算 量子退火 D-Wave量子计算机 量子隧穿效应
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Fast-USYN:从酉矩阵到高质量量子电路的快速合成
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作者 谭思危 卢丽强 +2 位作者 郎聪亮 陈明帅 尹建伟 《软件学报》 北大核心 2025年第8期3431-3443,共13页
当前的量子程序一般由量子电路表示,由多个量子门组成.如果程序包含了被直接表示为酉矩阵的门,需要将这些量子门转化为基本门所构成的量子电路.该步骤被称为量子电路合成.然而,当前的合成方法可能会生成包含数千个门的量子电路.这些量... 当前的量子程序一般由量子电路表示,由多个量子门组成.如果程序包含了被直接表示为酉矩阵的门,需要将这些量子门转化为基本门所构成的量子电路.该步骤被称为量子电路合成.然而,当前的合成方法可能会生成包含数千个门的量子电路.这些量子电路的质量较低,在部署到真实含噪声的量子硬件时非常容易输出错误的结果.此外,在保证门数量较小的情况下,当量子比特数量增至8时,量子电路合成需要数周甚至数月的时间.在这项工作中,提出一种量子电路合成方法,实现从酉矩阵到高质量量子电路的快速合成.首先介绍一种迭代方法,通过插入电路模块来逼近目标酉矩阵.在迭代中,提出一种具有奖励机制的前瞻策略减少冗余量子门.在量子电路合成的加速过程中,为了减少候选电路模块的空间,提出一种剪枝方法,首先描述每个候选电路模块的闭包来刻画电路的表示空间,然后基于模块的表示空间重叠率进行剪枝,以此构建一个小而高质量的候选集合.此外,为了减少搜索最优门参数的开销,将选定的候选与目标酉矩阵打包成统一电路,然后通过计算其在基态上的期望来快速获得近似距离.实验证明,与当前的最优的量子电路合成方法QuCT和QFAST相比,该方法在5–8量子比特量子电路合成中实现了减少门数量为原有方法的37.04%–62.50%,同时实现3.7–20.6倍的加速. 展开更多
关键词 量子计算 量子软件 量子程序 编译 程序合成
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基于半直积的双平台密钥协商协议
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作者 张静 王宇平 《计算机科学》 北大核心 2025年第S1期973-978,共6页
基于非交换代数的密码系统在抗量子计算攻击方面具有一定优势,组合群理论作为非交换代数的重要来源已在密码学中广泛应用。利用组合群上的一些数学难题,可构造出具有抗量子计算攻击的密码方案。半直积是组合群理论中的重要内容,且某些... 基于非交换代数的密码系统在抗量子计算攻击方面具有一定优势,组合群理论作为非交换代数的重要来源已在密码学中广泛应用。利用组合群上的一些数学难题,可构造出具有抗量子计算攻击的密码方案。半直积是组合群理论中的重要内容,且某些群上的分解搜索问题是困难问题。基于此,构建了一种非交换密钥协商协议。利用构建半直积的方法,以非交换群及其双射生成的循环群构造出一类适合建立密码方案的非交换群,通信双方构建不同的非交换群作为密码平台,通过一次交互实现密钥协商。该密钥协商协议的安全性可归约到非交换群上的“分解搜索—离散对数”问题,并对协议抵抗代数攻击与遍历攻击进行了详细分析。安全性分析结果表明该协议具有抵抗量子计算等多种攻击方式。最后,以辫群为例,得到了协议的计算和空间复杂度均为多项式级,因此该协议具有实际应用的价值。此外,由于双平台设计可更大程度地隐藏用户信息,因此,这种构建方法在后量子密码时代具有一定的应用前景。 展开更多
关键词 密钥协商协议 非交换群 半直积 搜索-离散对数问题 抗量子计算
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