基于不同框架的量子算法研究
发布时间：2021-01-12 10:45
随着半导体集成电路技术不断接近摩尔定律极限,量子计算作为一种具有更高运算速度和更低能耗的运算方式,正得到越来越多的关注,量子计算被认为是在后摩尔时代信息计算和安全领域内占据关键地位的新型战略性技术。近些年,IBM、谷歌、苏黎世联邦理工等公司和研究团队在量子计算机硬件方面取得重大突破,越来越多的研究机构和IT企业开始将目光放在量子软件这一领域,并提供了若干量子计算的实验平台与编程框架。本文首先从量子位和量子逻辑门入手,随后分析了一些重要的量子算法,层层深入,描述了一个量子算法实现所需要的逻辑架构。之后在IBM量子云平台进行3比特Grover搜索算法和5比特量子傅里叶变换算法的图形化的算法模拟与仿真。基于IBM的QISKit、谷歌的Cirq和苏黎世联邦理工的ProjectQ等计算框架,运用代码化的量子编程方式来实现上述具体比特的算法,并在实现方法、语言选择、硬件接口、计算结果等方面对比不同计算框架之间的差异。代码形式的量子编程具有更小的计算误差和更大的灵活性,这是因为图形化编程不具有测试次数可调性和输出结果完整性。IBM的计算框架由于加入了噪声,计算结果有一定的偏差,而Cirq和Proje...
【文章来源】：中国电子科技集团公司电子科学研究院北京市
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
基于ProjectQ的3比特Grover搜索算法结果输出
yield cirq.CZ(q0, q1)**rotyield cirq.SWAP(q0,q1)3.定义电路回路（部分）：circuit = cirq.Circuit.from_ops(cirq.H(a),_cz_and_swap(a, b, 0.5),_cz_and_swap(b, c, 0.25),_cz_and_swap(c, d, 0.125),_cz_and_swap(d, e, 0.0625)4.测量输出：simulator = cirq.google.XmonSimulator()result = simulator.simulate(qft_circuit)print('5qft FinalState')print(np.around(result.final_state, 4))5 比特的量子傅里叶变换算法运行结果如图 3.11 所示：
ng = MainEngine()#创造一个量子模拟器s = eng.allocate_qureg(5)#定义量子比特个数为 52.定义电路回路（部分）：H | qs[4]CRz(0.5) | (qs[3],qs[4])CRz(0.25) | (qs[2],qs[4])CRz(0.125) | (qs[1],qs[4])CRz(0.0625) | (qs[0],qs[4])3.测量输出：All(Measure) | qsprint("Measured: {00000}",a)print("Measured: {00001}",b)┄┄由图 3.12 运算结果可知，得到各个量子态为等概率的叠加态。
【参考文献】：
期刊论文
[1]用经典计算机模拟量子计算机[J]. 范洪强,胡滨,袁征. 密码学报. 2018(03)
[2]量子计算原理及研究进展[J]. 韩永建,李传锋,郭光灿. 科技导报. 2017(23)
[3]Majorana费米子与拓扑量子计算[J]. 朱国毅,王瑞蕊,张广铭. 物理. 2017(03)
[4]量子K-近邻算法[J]. 陈汉武,高越,张军. 东南大学学报(自然科学版). 2015(04)
[5]通用量子计算机:理论、组成与实现[J]. 吴楠,宋方敏,LIXiang-Dong. 计算机学报. 2016(12)
[6]量子计算及量子算法研究进展[J]. 王蕴,黄德才,俞攸红. 计算机系统应用. 2011(06)
[7]分解大数质因子的量子算法——Shor算法[J]. 吉丽丽,叶季青. 信息安全与通信保密. 2006(02)
[8]快速傅里叶变换FFT及其应用[J]. 杨丽娟,张白桦,叶旭桢. 光电工程. 2004(S1)
[9]离散傅里叶变换的算术傅里叶变换算法[J]. 张宪超,武继刚,蒋增荣,陈国良. 电子学报. 2000(05)
博士论文
[1]绝热量子计算理论研究[D]. 段乾恒.国防科学技术大学 2014
[2]可编程量子计算架构研究[D]. 陈佳临.复旦大学 2014
[3]基于测量的量子计算[D]. 刁大生.中国科学技术大学 2008
硕士论文
[1]量子可逆组合逻辑器件的设计与研究[D]. 施洋.华东交通大学 2012
[2]基于量子行走的算法设计和研究[D]. 黄寿胜.温州大学 2012
本文编号：2972713
【文章来源】：中国电子科技集团公司电子科学研究院北京市
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
基于ProjectQ的3比特Grover搜索算法结果输出
yield cirq.CZ(q0, q1)**rotyield cirq.SWAP(q0,q1)3.定义电路回路（部分）：circuit = cirq.Circuit.from_ops(cirq.H(a),_cz_and_swap(a, b, 0.5),_cz_and_swap(b, c, 0.25),_cz_and_swap(c, d, 0.125),_cz_and_swap(d, e, 0.0625)4.测量输出：simulator = cirq.google.XmonSimulator()result = simulator.simulate(qft_circuit)print('5qft FinalState')print(np.around(result.final_state, 4))5 比特的量子傅里叶变换算法运行结果如图 3.11 所示：
ng = MainEngine()#创造一个量子模拟器s = eng.allocate_qureg(5)#定义量子比特个数为 52.定义电路回路（部分）：H | qs[4]CRz(0.5) | (qs[3],qs[4])CRz(0.25) | (qs[2],qs[4])CRz(0.125) | (qs[1],qs[4])CRz(0.0625) | (qs[0],qs[4])3.测量输出：All(Measure) | qsprint("Measured: {00000}",a)print("Measured: {00001}",b)┄┄由图 3.12 运算结果可知，得到各个量子态为等概率的叠加态。
【参考文献】：
期刊论文
[1]用经典计算机模拟量子计算机[J]. 范洪强,胡滨,袁征. 密码学报. 2018(03)
[2]量子计算原理及研究进展[J]. 韩永建,李传锋,郭光灿. 科技导报. 2017(23)
[3]Majorana费米子与拓扑量子计算[J]. 朱国毅,王瑞蕊,张广铭. 物理. 2017(03)
[4]量子K-近邻算法[J]. 陈汉武,高越,张军. 东南大学学报(自然科学版). 2015(04)
[5]通用量子计算机:理论、组成与实现[J]. 吴楠,宋方敏,LIXiang-Dong. 计算机学报. 2016(12)
[6]量子计算及量子算法研究进展[J]. 王蕴,黄德才,俞攸红. 计算机系统应用. 2011(06)
[7]分解大数质因子的量子算法——Shor算法[J]. 吉丽丽,叶季青. 信息安全与通信保密. 2006(02)
[8]快速傅里叶变换FFT及其应用[J]. 杨丽娟,张白桦,叶旭桢. 光电工程. 2004(S1)
[9]离散傅里叶变换的算术傅里叶变换算法[J]. 张宪超,武继刚,蒋增荣,陈国良. 电子学报. 2000(05)
博士论文
[1]绝热量子计算理论研究[D]. 段乾恒.国防科学技术大学 2014
[2]可编程量子计算架构研究[D]. 陈佳临.复旦大学 2014
[3]基于测量的量子计算[D]. 刁大生.中国科学技术大学 2008
硕士论文
[1]量子可逆组合逻辑器件的设计与研究[D]. 施洋.华东交通大学 2012
[2]基于量子行走的算法设计和研究[D]. 黄寿胜.温州大学 2012
本文编号：2972713
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