SHOR量子算法的原理与模拟的研究

着重介绍大数质因子分解的Shor量子算法的原理、实现步骤和实现方法，并用现存的模拟器在常规计算机上加以模拟，最后探讨了Shor算法的有效性以及对量子算法模拟的看法。     

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。     

Shor量子纠错码的改进和完善

利用量子异或门和Hadamard旋转门,设计了Shor量子纠错码的编码量子线路,提出了两种纠错方案以及实现这两种纠错方案的量子线路.     

NDQJava语言词法分析程序

随着计算机硬件的发展,电子元件的功能即将受到量子效应的影响.对量子计算和量子计算机的研究迫在眉睫.Shor(Journal of Computing,1994,26:1484～1509)提出的大数质因子分解算法,向人们展示量子计算诱人的潜力.为验证量子算法正确性、通用量子计算机的可行性以及帮助理解量子力学中诸多问题,南京大学量子计算与量子信息研究组于2006年春设计了一种量子程序设计语言--NDQJava,并于同年夏在经典计算机上模拟实现了NDQJava的处理系统.此处理系统遵循编译一解释的途径,由词法分析程序、语法分析与代码转换程序、量子汇编与解释程序三部分组成.作为处理系统的第一部分,词法分析程序须将能够正确分析源程序并给出结构明确的单词属性字序列,它的设计实现遵循了简明、易用两条准则.本文着重介绍词法分析程序,较为详细地讨论了其设计与实现过程,并讨论了其主要优缺点.     

科技事件

中国科技大学在全球率先实现量子分解算法中国科技大学合肥微尺度物质科学国家实验室潘建伟教授团队,在国际上首次利用光量子计算机实现了Shor量子分解算法。     

具有稳定性Ising模型局部场系数h和耦合项系数J的量子退火分布式整数分解研究

分解大整数的困难程度是RSA公钥密码的安全基础,量子退火破译RSA密码与Shor算法有着本质性的不同,将整数分解问题转化为组合优化问题,利用D-Wave量子退火特有的量子隧穿效应跳出局部亚优解.本文提出一种新的分布式量子退火整数分解算法,将任意整数转变为D-Wave量子计算机可执行的稳定性Ising模型的框架.Ising模型局部场系数h、耦合项系数J的稳定性和取值范围是影响到整数分解成功率的重要因素,与普渡大学Jiang等人的算法相比,本文算法在降低使用的逻辑比特数的同时,参数h,J降低程度达到60%和40%以上,且Ising模型系数取值范围稳定;与洛克希德·马丁公司Warren的算法相比,在保证可以达到Ising模型稳定的情况下,本文算法参数h,J从10^6降低到10^2数量级.此外,Warren为了证明其提出的算法的正确性,遍历分解1000以内的整数,本文的算法遍历10000以内的整数,均成功分解.本文算法实验结果超过了目前Shor算法、普渡大学Jiang等人和洛克希德·马丁公司Warren公开文献最大分解规模.     

量子算法及其在图像处理中的应用

量子计算与量子信息是涉及物理学、计算机科学、数学以及信息科学等多个学科的新兴综合性交叉研究领域,是量子力学理论和经典计算理论完美结合的产物.由于其强大的计算能力及广阔的应用前景,使得其在国际学术界以及政府科研机构中引起巨大的兴趣.在量子计算的研究中,计算性能的优越性主要体现在算法的有效性上.目前为止,被公认的最具代表性的量子算法有Shor的大数质因子分解算法以及Grover提出的数据库搜索量子算法.集合运算是科学技术很多领域的基础,如数据库操作、信号处理、图像压缩等等都可最终归结为对集合的操作.但是对于包含了高维无序向量的集合,要对其进行有效快速的集合运算,在经典电子计算机上是困难的.因此,需要新的原理和新的算法来有效操作集合.量子图像处理(QIP)就是利用量子计算机来处理图像信息从而希望获得比电子计算机更好的处理效果.量子图像处理研究才刚刚起步,在不久的将来可能会成为一个受关注的研究热点.对目前的量子算法研究进展、量子集合运算、量子图像处理以及量子Hopfield神经网络研究作一个综述性论述.     

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.     

对Shor算法破解RSA的探讨

针对Shor算法具有随机性,会导致破解RSA公钥密码体制成功率不高的问题,对Shor算法原理、RSA公钥密码体制特点和大量计算结果进行分析,提出量子函数式f(x)=a^xmod n对a值的随机选取是有规律的.结合数论知识和蒙特卡洛法证明,结果表明:随机数a取完全平方数,所求周期r很可能不满足Shor算法要求;a取非完全平方数可以提高Shor算法破解RSA的成功率.     

对提高Shor算法破解RSA成功率的分析

针对Shor算法具有随机性，会导致破解RSA公钥密码体制成功率不高的问题.通过对Shor算法原理和大量计算结果的分析，提出量子函数式f(x)＝axmod n对a值的随机选取是有规律的观点.证明的结果表明随机数a取完全平方数，所求周期r很可能不满足Shor算法要求.得出a取非完全平方数可以提高Shor算法破解RSA成功率的结论.