摘要：含噪声中规模量子硬件的耦合约束使得大多数量子算法通过插入附加量子门改变量子位映射,令量子算法直接运行在硬件上。为了降低量子线路的运行时间及提高量子线路的保真度,设计了一种基于交换门的前瞻双向启发式映射算法。首先,利用前瞻机制考虑前端层信息,提高了附加门数结果的稳定性。其次,设计搜索策略评估物理上近邻的候选交换门,降低交换门搜索空间的复杂度。最后,采用双向遍历全局考虑量子线路的门信息,得到更高质量的初始映射。此外,该算法适用于任意耦合量子硬件架构,同时具有线路深度和附加门数的选择能力。实验结果表明,相较于主流算法A*-based算法和SABRE算法,该文提出的SPBHA算法可减少约68%与34%的附加门数,线路执行时间缩短,保证了量子程序结果的可靠性。

摘要：为了实现量子线路线性最近邻(LNN)排布,给出了可逆MCT门的最近邻Toffoli门级联方法.为了解决线路近邻化中额外插入的SWAP门增加量子代价的问题,引入NNTS门减少插入的SWAP门数,并给出了MCT门基于NNTS门的最近邻线路排布.提出了量子线路近邻化排布算法,将多控制MCT门通过交换线路的顺序得到其最近邻线路排布,然后将每个NNTS门替换为其最优的LNN量子线路实现,得到该MCT线路的LNN量子线路,该方法可以减少量子线路的长度和量子代价.通过Benchmark例题测试,并与现有的线路近邻化结果进行比较,所需插入的SWAP门数平均减少42.83%,量子代价平均改善率达14.80%.

摘要：祖冲之密码算法(ZUC)是我国推出的一种流密码算法,本文主要研究如何以较低T深度实现ZUC-128算法的完整量子线路.S盒是ZUC-128算法非线性组件的重要组成部分,本文首先通过穷搜剪枝策略和塔域分解技术分别获得了S_(0)和S_(1)的经典线路实现,然后分两步设计S_(0)和S_(1)量子线路:第一步是减小经典线路的与门深度,第二步是实现量子线路的T深度等于经典线路的与门深度.本文新型的S_(0)和S_(1)的量子线路的T深度都为7.同时本文还研究了加法器和L函数的量子线路实现,以降低整体线路的T深度.最后本文探索出了ZUC-128算法整个流程的量子线路构造,当工作步骤中的L=32轮时,该量子线路需要46008个量子比特,682340个T门,2008535个CNOT门和42680个NOT门,T深度为11341,其量子比特数与T深度的乘积为5.22×10^(8).

摘要：HHL(Harrow-Hassidim-Lloyd)量子算法实现了近似求解线性方程组Ax=b,是许多复杂量子算法的重要组成部分。尽管HHL量子算法相比于经典算法能够实现指数级加速,但是目前HHL量子算法大多为抽象的算法描述或分析,所设计出的量子线路规模很小,且不具有普适性。在分析HHL量子算法原理的基础上,使用通用量子门自上而下地设计了算法的关键模块,包括酉矩阵的通用量子门分解模块、量子相位估计模块、量子全加器与乘法器模块、量子态条件旋转变换模块等,从而实现了求解线性方程组的普适量子线路。利用IBM qiskit量子计算开发平台进行的量子仿真实验表明,所设计的HHL量子线路能够求解一般形式的线性方程组,且易于扩展为中大规模的量子线路。

摘要：受到Lanyon等(Lanyon B P et al 2008 Nature Physics 5 134)利用高维Hilbert空间成功简化Toffoli门的启发,本文将辅助维度应用到普适量子线路中,结合Cosine-Sine Decomposition(CSD),Quantum Shannon Decomposition(QSD)等矩阵分解方法,优化了两比特和三比特普适幺正量子线路,给出了计算n比特普适量子线路复杂度的公式,并利用线性光学和腔QED系统设计了实验方案.结果表明,两比特和三比特量子线路的复杂度已分别接近和优于目前最优结果,且随着比特数的增加,本方案的优势愈加明显.

摘要：我们设计了一个实现纠缠辅助下计算特定布尔函数的三方通信复杂度问题的量子线路,该问题中输入变量分布在通信三方。计算分析表明如果通信三方没有分享纠缠态,需要四比特经典通信才能完成计算任务。有纠缠辅助下,仅通过三比特经典通信能够以一定概率完成任务,成功概率与纠缠态的具体形式有关,当选择合适的纠缠态时,成功概率最高可达100%。

摘要：量子计算的算法通常用量子线路表示,量子线路包括量子逻辑门操作,HHL算法是重要的量子算法之一,但构建量子线路并实现高效运行的案例较少。提出一种基于HHL算法对应量子线路处理量子应用问题的模型,即获得目标问题对应的目标偏微分方程,将偏微分方程离散化,得到线性系统,再利用基于HHL算法对应的量子线路对线性系统求解,得到目标偏微分方程的数值解。这一模型能够在基于量子线路处理量子计算机应用问题的过程中,减少HHL算法对应的量子线路的计算量,提高量子线路的模拟效率,同时减少对硬件资源的占用。

摘要：在无测量电路中,提出两位纠错量子电路的概念。构造出纠两位错的量子编码方案及量子纠错电路,此电路可以同时纠正量子信息中的一位错、两位错,突破了以往量子电路只能纠正一位错的局限。引入编码电路编码输入信息的辅助位,根据辅助位的不同判断输入信息的不同量子状态。在设计七量子位的纠错电路过程中,提出了模块化思想,以五量子位纠错电路为基础模块构建纠错电路,简化了多量子位纠错电路的设计过程。

摘要：量子计算复杂性理论是量子计算机科学的基础理论之一,对量子环境下的算法设计和问题求解具有指导意义.因此,该文对量子计算复杂性理论进行了综述.首先,介绍了各种量子图灵机模型及它们之间的关系.其次,量子计算复杂性是指在量子环境下对于某个问题求解的困难程度,包含问题复杂性、算法复杂性等.于是,该文介绍了量子问题复杂性、量子线路复杂性、量子算法复杂性,并且介绍了量子基本运算和Shor算法的优化实现.第三,格被看做是一种具有周期性结构的n维点空间集合.格密码有很多优势,包括具有抗量子计算的潜力,格算法具有简单易实现、高效性、可并行性特点,格密码已经被证明在最坏条件下和平均条件下具有同等的安全性.因此该文介绍了格的困难问题,以及主要的格密码方案现状.最后,对今后值得研究的一些重要问题和量子计算环境下的密码设计与分析给出了展望.

摘要：指挥控制组织中的任务规划问题可以映射为变量较多、求解难度较大的组合优化问题.采用传统具有启发性列表规划方法解决这一问题面临求解时间复杂度高、实时响应性较差等问题.本文针对指挥控制组织中任务规划问题提出一种基于量子近似优化算法的量子线路求解方案.首先将任务规划问题转化为组合优化中的精确覆盖问题,通过构建相应的数学模型推导出精确覆盖问题的量子近似优化算法对应的末态哈密顿量表达式;设计了基于量子近似优化算法的量子线路,采用动量梯度下降法算法对量子逻辑门中的参数进行优化,并利用本源量子开发的量子软件开发环境进行仿真实验.仿真结果表明:该量子线路方案可以用于求解任务规划问题,同时降低了算法的时间复杂度,一定程度上提升了资源利用率,为进一步应用量子算法求解指挥控制组织中的任务规划问题打下基础.