混合量子计算模型的设计和研究

发布时间：2020-09-08 10:54

　　 量子计算是通过使用量子力学原理进行信息处理的前沿学科,由近几十年来量子计算理论研究可知,量子计算在处理许多复杂难题时比经典计算有效的多,尤其是在数据库搜索、大数分解以及全局优化等问题上特别突出,所以量子计算具有非常诱人的前景。然而目前主要的量子计算模型各自都拥有不同的优缺点,所以针对基于测量的量子计算模型消耗量子比特资源大和量子总线模型无法进行局域酉变换的缺点,提出了一种混合量子计算模型的新方案。本文首先分析了量子线路模型、基于测量的量子计算模型、量子总线模型的特点,在此基础上提出了一种基于测量和量子总线的混合量子计算模型,该模型引入了量子总线模型中的中介粒子来辅助完成基于测量的量子计算模型中的关键步骤簇态的制备。然后,参考FPGA的结构设计了混合量子计算模型的应用实例:基于FPGA的混合量子体系结构,该量子结构是由量子逻辑单元和量子布线资源两部分组成,其作用分别是用来完成量子逻辑门和对各个量子逻辑单元进行连接的。此外,还通过理论验证了该混合量子体系结构的错误阈值小于0.01,保证了该结构的正确性。最后,论文研究了基于FPGA的混合量子体系结构,给出了通用量子门和量子Grover搜索算法的实现方法,具体而言就是对于单量子门采用ZXZ分解,多量子比特门采用Cosine-sine分解和量子香农分解以此来实现量子门的构建。通过量子计算语言QCL对混合量子体系结构进行了仿真验证,仿真结果直观的显示了量子Grover搜索算法的迭代次数、成功率、搜索过程。理论分析和仿真结果的一致性充分说明了该混合量子计算模型的可行性。
【学位单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O413.1;TP38
【部分图文】：

单个量子位就可以了，测量之后的状态是：双量子态，其可以被描心。Bell 态在测量第后的状态 ψ ′=00，结果是对于第二个量两个量子比特的测量结以称为纠缠态。示量子比特例如图 3 122α + β=，所以 ψ是这种直观的想象是由

并且可以构造一个能够有效计算量子 Fourier 变换的量子线路。具体而言量子 Fourier 变换的量子线路图如图3.2 所示：图 3.2 量子 Fourier 变换的量子线路在其中量子逻辑门 Rk表示酉变换 Rk= kie2/2010π，量子逻辑门 H 表示Hadamard 门。很多的量子算法都需要用到量子 Fourier 变换，特别是 Shor 算法和计算离散对数相关的算法。量子 Fourier 变换主要是应用在相位估计和求阶还有隐藏子群问题

2θθ 缩 成 为 ： + ψ=α++β θθie12， 如 果 是θ ， 那 么 状 态 会 ψ=α+ β θie12。能够假设本征态θ± 所对应本征值是 ± 1，可以取观测变量 m 为 {0 , 1}，特 2 的状态可以写成 α+ + β miθ( 1)e，其相当于2(θ )ψZmX HR，其 X 是由测量结果随机得到的，也称为附加算子。基于测量的量子计算量子测量结果的不确定性，致使了最终酉变换的不确定性，得到的附换就是不确定性的表现。通过上式的结果能够得到单量子比特门，先子比特的测量结果是im ，则能够得到下面的等式：[(1)][(1)]()(0)()()()(0)()()()42312143214321γβαγβαγβαzmxmzmmmmzmxmzmzmzmzmzmzmXzRRRXHRXHRXRXRXHRXHRXHRXHR= ="

本文编号：2814093