NDQJava语言处理系统量子汇编及解释程序

量子计算被认为是有可能超越经典计算的一种新型计算模型,目前国内外已有大量相关实验和理论工作围绕量子计算及量子计算机而展开.南京大学计算机系量子计算和量子信息研究小组在量子计算领域中的量子程序设计语言方向上开展了一些工作,设计了一种量子程序设计语言NDQJava并在经典计算机上对其处理系统加以模拟实现.为了更好地描述量子计算的逻辑流程并和物理模型相对应,在NDQJava处理系统的设计和实现过程中定义了量子汇编及机器语言.量子汇编语言作为高级量子程序设计语言和量子器件之间的接口语言,其设计必须考虑完备、简明、易用三方面的因素.为了模拟实现NDQJava处理系统亦定义了量子机器语言并通过软件解释执行.文中在定义了量子汇编及机器语言后着重描述了NDQJava处理系统中汇编及解释程序的设计思想与实现方法,对其中的若干关键问题给出了相应图表及源程序片段加以阐明.     

关于量子算法理论

本文讨论在量子计算机上进行量子计算的方法。重点讨论Shor的量子因子分解方法。经典的大数因子分解对所有的现行计算机而言是难解的。现在通用的公共加密系统正是利用这一困难作为加密的基础。但是，在量子计算机上进行的Shor量子算法，使大数因子分解不再是难解的而是有效的，因而可能对现在通用的公共加密系统形成挑战。本文介绍在量子计算机上进行的Shor量子算法，即利用量子态的相干叠加和纠缠特性以及量子逻辑门实现量子计算的方法：并着重从理论原理和实验实现这两方面说明利用余因子函数和分立福里叶变换使这种量子算法对因子分解是有效的。     

基于IBM Q平台的量子图像算法研究

为使量子图像处理算法在量子计算机上得到验证与发展,结合IBM量子实验平台(IBM Q)上量子计算操作与量子图像处理理论的研究,设计了一种基于IBM Q平台的量子图像分割方法.提出了一种基于新型强化量子图像表达式(NEQR)的改进型强化量子图像表达式(IEQR),并根据IEQR表达式初始化量子图像分割电路.该电路由量子比较器(QBSC)和受控旋转门(Cswap)构成.最终在IBM Q和本地经典计算机仿真两种平台下实现了2×2和4×4大小的量子图像分割,实验结果表明了该算法的可行性和有效性,并验证了量子计算机的优越性.     

量子纠错与经典纠错的比较

量子计算机利用其量子位态特有的相干叠加和纠缠性,使得在某些问题的处理上优于经典计算机,同时也导致量子计算过程中的出错图样不同于经典计算。讨论了二者的区别,在此基础上详细介绍了量子计算机中开发的量子纠错方案。     

基于数字反向透热补偿的量子算法

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.     

量子计算原理及研究进展

 量子计算机是量子力学与计算问题相结合的产物,是近几年的研究热点,引起了广泛的社会关注。本文回顾量子计算机的发展,介绍了量子算法和量子计算模型,并以离子阱和超导线路为例阐述了量子计算机的物理实现,然后介绍了为了克服消相干而发展出的量子编码,以玻色取样为例讨论了量子霸权。展望未来,近期内可以展示量子霸权,进而实现解决特定问题的量子模拟器,但是普适的量子计算机的研制仍然需要很长的时间。     

未来的计算机

正神经计算机神经计算机,又称第六代计算机,是模仿人的大脑判断能力和适应能力,并具有可并行处理多种数据功能的神经网络计算机。量子计算机量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。量子计算机更多给予了科学家突破传统计算机数据运算和处理能力的期望,因为理论上一块量子计算机就可以超越一台银河超级计算机的运算能力。     

Grover算法量子处理架构的设计与模拟

针对混合架构经典-量子算法的量子算法处理单元,设计基于Grover算法的量子处理架构.将一种用于量子计算仿真的量子程序设计语言引入Grover量子搜索算法中,并在Linux操作系统中进行执行与模拟.结果表明:所提架构可以提高量子搜索算法的执行性能;利用反馈调节可以有效地实现量子搜索算法的最佳性能.     

超导电荷量子比特研究综述

随着量子计算机以及量子算法的提出，人们开始寻找可以实现量子计算机的真实物理体系。超导量子电路以其丰富的可设计性和优良的易集成性成为最有潜力实现量子计算机的人造量子体系。文章介绍了超导电荷量子比特的基本原理、超导电荷量子比特的耦合以及耗散和退相干问题，展望了超导电荷量子比特在量子计算和量子信息科学中的应用前景。     

新设计或许能使量子计算机更容易制造

量子计算机（tolerant quantum computation，TQC）在很多领域具有广泛应用前景，如药物设计、电子学甚至破译编码。多年来科学家一直醉心于建造能在量子水平工作的计算机，其量子系统由安排好的纠缠量子所构成，使用量子比特或“昆比特”来存储信息。量子微粒能同时存在于两个位置，这让量子计算机具有强大的计算能力。理论上，量子计算机可以设计来破解公共密钥，或模拟复杂系统，比传统计算机更快。然而这种机器难以制造，人们曾经认为量子计算机对失误非常敏感，过去20年来该领域也一直争议不断，至今仍找不到管用的量子计算机。