物理学中的计算机解决方案

大约在30年前,戴维·帕克曾写过一本有关量子理论的书。他在书中向学生建议,在解决问题时先要确定困难究竟是在物理方面,还是在数学方面。由于数值方法的巨大进展及现代个人计算机的速度加快,设计物理学方程,并利用数学软件去绘图并解答问题,现在已经完全能够做到。     

20世纪初量子理论在剑桥的传入

探讨了20世纪初量子理论在剑桥的传入和发展情况,以及相关因素．     

武汉大学研制成功消化道肿瘤早诊纳米芯片

“通过一种被称为量子点的纳米细小晶体,能密切监视消化道癌细胞的变化,让消化道肿瘤早诊成为可能。”武汉大学中南医院肿瘤科博士生导师李雁教授近日宣布．他们在国内率先研制成功（量子点）纳米芯片．可用于消化道肿瘤的临床早期诊断与远期疗效监测。     

改进的量子彩色图像中值滤波算法

图像处理任务中广泛应用中值滤波器来平滑图像和消除幅度极大或极小的噪声,并且可以保持图像的边缘特性,不会使图像产生明显模糊。提出一种改进的空间域量子彩色图像中值滤波算法,并且在IBM Q(international business machines quantum)平台上进行仿真。该算法将量子彩色图像进行存储,利用量子比较器模块、量子控制交换器模块、中值计算模块和阈值模块设计量子彩色图像中值滤波的量子线路。相较于已有的量子彩色图像中值滤波算法,在进行中值滤波之前加入了阈值进行噪声判断,该算法滤波效果更好,同时时间复杂度也更低。     

量子K最近邻算法

为减少经典K最近邻算法的时间复杂度,提出了量子K最近邻算法(QKNN)。介绍了QKNN算法的构造步骤,然后为减少量子计数子程序的运行时间,进一步将固定的K值修改为可变的k,形成改进的k可变的量子最近邻算法(QkvNN)。为弥补由于最近邻个数K变化带来的分类错误率上升的影响,在Boosting算法框架下,用三个由QkvNN算法训练的弱分类器,去构造了一个强分类器,从而提高单独运行QkvNN的分类精度。在此算法中,由于利用了量子计算的强大能力,使得经典K最近邻算法的时间复杂度从O(N)减小为O(N)。     

量子连续粒子群优化算法及其应用

提出了基于量子理论的连续粒子群优化(Continuous Particle Swarm Optimization based on Quantum Methodology, CPSO-QM)算法,主要是采用了量子理论中的叠加态特性和概率表达特性.其中,叠加态特性可以使单个粒子表达更多的状态,潜在地增加了种群的多样性;概率表达特性是将粒子的状态以一定的概率表达出来.在基准函数的实验测试中,对比其它常用算法,结果显示本文提出的算法性能较好.在实际应用中,以丙烯腈反应器作为建模研究对象,提出了三种进化策略,实验结果显示,这三种策略训练的神经网络软测量模型都可以较好地预测丙烯腈的收率.     

非平衡和平衡统计系综的一个统一框架

提出通过子动力学方程(简称SKE)来建立一个非平衡统计系综体系。利用所构建的理论框架来研究在弱相互作用和强相互作用的情况下的自旋玻色子模型,从而很容易的得到正则系统的约简密度算子。也讨论了一种建立在安德森模型上的强关联量子网络。     

二能级开放量子系统相干保持的最优控制策略

二能级量子系统在开放环境下的相干保持是量子器件实用化的关键.针对二能级开放量子系统的相干保持问题,首先将系统的主方程模型转化为实向量空间上的状态空间模型.然后借助经典最优控制的思想,提出了一种既保证系统控制能量最小,同时又最大程度的减小消相干的最优控制策略.最后就一个典型的二能级开放量子系统仿真实现其相干保持,仿真结果显示了该方案的优越性.     

三维医学图像分割的改进量子进化搜索算法

传统量子进化算法用于搜索某些函数极值时精确度较低且稳定性较差.针对该问题,借鉴模拟退火算法,根据进化代数及个体的适应度值,修正了传统量子进化算法旋转门函数的旋转角度值,并应用于三维医学图像分割,从而形成了一种用于三维医学图像分割的改进量子进化算法.100次阈值计算实验结果表明,提出的分割算法与传统量子进化算法相比,在保持了传统量子进化算法收敛速度快特点的同时,可大大提高算法在三维分割中的精确性和稳定性.     

Design of control sequence of pulses for the population transfer of high dimensional spin 1/2 quantum systems

On the basis of the relationship between the Hamiltonian of spin 1/2 quantum system under control and the energy level structure and transitions, a radio frequency pulse sequence is designed using intuitive and half counter-intuitive sequences of pulse to transfer the population of the 3-qubit system coherently. The effectiveness of the designed control sequence is verified through the system simulation experiment of the evolution of state. In principle, the design method of the control pulse sequence proposed can be generalized to use in the quantum systems of higher dimension.