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基于量子计算云平台的量子搜索算法实验教学探究

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实验技术与管理 2023年第6期40卷 81-89页

作者：郭红丽杨瀚城姚星星郑远王业伍浙江大学物理学院物理实验教学中心浙江杭州310058

基于近几年量子计算领域的快速发展和各种量子计算云平台的出现,探究了可线上、线下开展基于量子计算云平台的量子搜索算法实验。借鉴“前置课堂”教学模式,准备该实验所涉及的数学和物理学基础知识;围绕搜索问题,设计了三条思维主线组... 详细信息

基于近几年量子计算领域的快速发展和各种量子计算云平台的出现,探究了可线上、线下开展基于量子计算云平台的量子搜索算法实验。借鉴“前置课堂”教学模式,准备该实验所涉及的数学和物理学基础知识;围绕搜索问题,设计了三条思维主线组成知识框架,并结合简单实例帮助学生理解抽象的表述和复杂的公式,从而解决知识点较多、算法不易理解的难题;设计了具有启发性、引导性的基础实验和思考题;探究了研究量子搜索算法本身以及算法的实际应用两种类型的拓展实验,为学生今后学习高级量子编程打下基础。

关键词：量子计算量子计算云平台量子搜索算法实验教学

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量子搜索算法体系及其应用

计算机工程与应用 2006年第14期42卷 55-57,75页

作者：孙力须文波江南大学网络教育学院无锡214036 江南大学信息工程学院无锡214122

Grover量子搜索算法正在逐渐演变成一个算法体系,并逐渐进入了实际应用阶段。文章中通过几何法论述了经典Grover算法,通过算符法引申出了该算法的扩展,并在两种情况下对该算法进行了讨论。在分析该算法实际应用基本策略的基础上,论述了... 详细信息

Grover量子搜索算法正在逐渐演变成一个算法体系,并逐渐进入了实际应用阶段。文章中通过几何法论述了经典Grover算法,通过算符法引申出了该算法的扩展,并在两种情况下对该算法进行了讨论。在分析该算法实际应用基本策略的基础上,论述了函数全局优化问题的改进,提出了通过量子搜索算法改进纯适应搜索算法的新思想。

关键词： Grover 量子搜索算法幺正变换 GOP PAS

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多模式高概率量子搜索算法

南京航空航天大学学报 2007年第2期39卷 227-230页

作者：周日贵谢强姜楠丁秋林南京航空航天大学信息科学与技术学院

量子搜索问题是发展量子神经网络必须要解决的问题之一。本文在分析了G rover量子算法基础上,针对量子神经网络要处理多模式问题提出了一个多模式高概率量子搜索算法,它通过一系列的么正操作能在模式集中以较高的概率搜索目标,并且该算... 详细信息

量子搜索问题是发展量子神经网络必须要解决的问题之一。本文在分析了G rover量子算法基础上,针对量子神经网络要处理多模式问题提出了一个多模式高概率量子搜索算法,它通过一系列的么正操作能在模式集中以较高的概率搜索目标,并且该算法在搜索目标模式时能在一次算法的执行中就找到目标,所以它远比经典的搜索方法要快,而且随着模式集和目标数的增多,它运行效果越好,最后验证了算法的可行性和有效性。

关键词：量子搜索算法多模式高概率 Grover算法

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一种改进的Grover量子搜索算法

西安交通大学学报 2007年第10期41卷 1127-1131页

作者：夏克文苏昶沈钧毅李昌彪西安交通大学电子与信息工程学院西安710049 河北工业大学信息工程学院天津300401

经分析发现,Grover量子搜索算法及Long的改进算法均无法达到100%成功概率的搜索结果,为此在Long的改进算法基础上提出了一种新的搜索算法.它主要将相位取反替换成具有自适应调整特点的、与目标数据量和数据总量有关的相位旋转,当目标数... 详细信息

经分析发现,Grover量子搜索算法及Long的改进算法均无法达到100%成功概率的搜索结果,为此在Long的改进算法基础上提出了一种新的搜索算法.它主要将相位取反替换成具有自适应调整特点的、与目标数据量和数据总量有关的相位旋转,当目标数据量为数据总量的1/2时,将数据总量扩展2倍,这样算法的搜索可以做到100%的成功概率.通过对背包问题的仿真研究表明,所提算法优于Grover算法和Long的改进算法,其求解速度快、准确率高,在带有数据误差的实际问题求解中进行相位匹配能够得到满意的效果.

关键词：量子搜索算法成功概率相位旋转相位匹配背包问题

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Grover量子搜索算法与应用

淮北师范大学学报（自然科学版） 2023年第3期44卷 41-45页

作者：濮荣强居水荣李艳午江苏信息职业技术学院微电子学院江苏无锡214153 芜湖职业技术学院基础部安徽芜湖241003

Grover量子搜索算法相对遍历式搜索的经典算法有二次加速功能,为理解其二次加速功能的机制,文章完备论证Grover量子搜索算法的幺正增幅矩阵构造与特性,针对2位量子比特,采用幺正增幅算符对标记项数据进行搜索应用,然后详尽地讨论量子门... 详细信息

Grover量子搜索算法相对遍历式搜索的经典算法有二次加速功能,为理解其二次加速功能的机制,文章完备论证Grover量子搜索算法的幺正增幅矩阵构造与特性,针对2位量子比特,采用幺正增幅算符对标记项数据进行搜索应用,然后详尽地讨论量子门线路实现与存在的困难,凝炼总结Grover量子搜索算法特色与潜在应用。

关键词：量子信息量子搜索算法迭代量子比特

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量子搜索算法研究及量子纠缠计算

量子搜索算法研究及量子纠缠计算

作者：于景水江南大学

学位级别：硕士

量子计算与量子信息技术虽然兴起没有多久,但已经取得了显著的发展成果,并具有广阔的应用前景,极大的推进了计算机科学的发展,预示着量子信息时代即将到来。论文简要介绍了课题的研究背景、意义以及进行量子计算与量子信息研究所需的物... 详细信息

量子计算与量子信息技术虽然兴起没有多久,但已经取得了显著的发展成果,并具有广阔的应用前景,极大的推进了计算机科学的发展,预示着量子信息时代即将到来。论文简要介绍了课题的研究背景、意义以及进行量子计算与量子信息研究所需的物理、数学方面的知识和量子计算所需的基本元素。Grover量子搜索算法是量子计算最重要的进展之一,对经典算法的搜索速度实现了平方根级的加速,是一个极具挑战性的研究领域。本文深入研究了Grover量子搜索算法及其改进思路,阐明了Grover量子搜索算法的搜索思想、搜索过程、几何描述、算法性能及存在的主要问题,阐述了改变旋转相位、目标加权两种改进思路的实现方法,并对不同旋转相位的算法进行了对比分析。量子纠缠现象是量子力学的独特资源,是量子信息技术的重要基础之一。从量子密码术到完全保密的量子通信,从量子计算机到未来的量子互联网,量子纠缠都在其中起着关键作用,量子纠缠度的计算也因此变得越来越重要。但随着应用系统的演化,量子纠缠度的计算也变得更复杂。本文提出使用遗传算法或量子行为粒子群优化算法,基于相关纠缠熵来进行量子纠缠度的计算,并在双量子比特系统上进行了测试,将实验结果与使用组合纠缠的精确计算进行了对比分析,结果表明,使用遗传算法或量子行为粒子群优化算法,基于相关纠缠熵进行量子纠缠度的计算是有效的、可行的,有较强的适应性及实用性。

关键词：量子搜索算法量子纠缠纠缠度量遗传算法量子行为粒子群优化算法

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基于量子搜索算法的篮球图像分割研究

计量学报 2015年第5期36卷 464-468页

作者：杨杨刘佳黄淮学院

为提高篮球图像分割效果，提出了量子搜索算法（QSA）。首先建立篮球分割模型，包括基于3级尺度级的篮球球心、半径建模，基于灰度概率分布的篮球目标分割建模；然后进行量子相位Grover变换，构建加权因子与篮球目标关系，确定最大量子... 详细信息

为提高篮球图像分割效果，提出了量子搜索算法（QSA）。首先建立篮球分割模型，包括基于3级尺度级的篮球球心、半径建模，基于灰度概率分布的篮球目标分割建模；然后进行量子相位Grover变换，构建加权因子与篮球目标关系，确定最大量子搜素成功概率与量子旋转相位的角度；最后给出了算法流程。实验仿真表明：该算法能有效完成篮球对象的分割，同时分割成功率较高。

关键词：计量学量子搜索算法篮球图像分割旋转相位权系数

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量子搜索算法研究

量子搜索算法研究

作者：李科东南大学

学位级别：硕士

上个世纪90年代由于在计算机科学中引入了量子力学的一些性质,一些新的有强大计算能力的量子算法被提出,其中最为著名的就是Grover算法和Shor算法。这两个算法充分体现了量子计算机在计算能力上超越了经典计算机,因而引起人们对量子算... 详细信息

上个世纪90年代由于在计算机科学中引入了量子力学的一些性质,一些新的有强大计算能力的量子算法被提出,其中最为著名的就是Grover算法和Shor算法。这两个算法充分体现了量子计算机在计算能力上超越了经典计算机,因而引起人们对量子算法的极大关注。其中量子搜索算法是一类有着广泛应用前景的量子算法,Grover算法即是一种量子搜索算法。本文首先介绍量子计算的基础知识,然后讨论了量子搜索算法相关的研究内容。其中描述了Grover算法并对其进行分析,指出其存在的主要问题。然后介绍了量子随机行走及量子行走搜索算法并具体讨论了SKW算法。之后基于Grover算法的相位匹配条件,本文提出一个新的量子行走搜索算法。首先给出量子行走所对应的图,之后给出算法的具体步骤。算法对于两种不同情况分别作用不同的硬币算子及偏移算子,并得出相应的迭代算子。然后证明算法中所使用的迭代算子均为酉算子。之后对算法的时间复杂度和成功概率进行分析。分析表明该算法时间复杂度与Grover算法相同,然而当要搜索的目标数目多于总数的1/3时,算法的成功概率大于Grover算法。最后给出了算法的量子电路。

关键词： Grover算法量子搜索算法量子行走

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量子搜索算法的改进及其应用

量子搜索算法的改进及其应用

作者：刘光强深圳大学

学位级别：硕士

量子计算是依赖于量子力学原理来获得解的一种新型计算模型,由于量子计算的并行计算能力,量子计算在解决某些特定问题时,它比经典计算的效率要高。Grover量子搜索算法是量子算法中具有广泛应用前景的一种算法,算法可以在量子线路复杂度... 详细信息

量子计算是依赖于量子力学原理来获得解的一种新型计算模型,由于量子计算的并行计算能力,量子计算在解决某些特定问题时,它比经典计算的效率要高。Grover量子搜索算法是量子算法中具有广泛应用前景的一种算法,算法可以在量子线路复杂度为/O(2)的情况下求解一个规模为2n的搜索问题。本文从降低Grover算法的量子线路复杂度的角度出发,提出两种改进的算法,并将改进的算法应用到3-SAT问题上。1.为了降低量子线路,提出了可变输入Grover算法。算法利用时间-空间折衷的思想,将原问题转化为多个子问题,并在每个子问题中利用Grover算法搜索目标项。在权衡运行时间复杂度和量子线路复杂度的情况下,算法能在运行时间复杂度为/O(2)和量子线路复杂度为/O(2)的情况下找到原问题的解,相比于原来的Grover算法,该算法将量子线路规模从/O(2)下降至/O(2)。2.在提出可变输入Grover算法之后,为了进一步优化量子线路,对于结构化问题,根据结构化问题的特性,提出了可变输入嵌套Grover算法。算法主要是通过不断地扩展可能部分解和避免不可能的部分解来加快运算速度。分析结果表明,该算法可以在运行时间复杂度为/O(2)和线路复杂度为/O(2)α的情况下找到原问题的解,其中系数α算法并结合经典的Sch?ning算法来解决3-SAT问题。分析结果表明,与Sch?ning算法和Grover算法的对比,随着3-SAT问题中的变量n越大,该算法的优势越明显。

关键词：量子并行计算量子搜索算法 Grover算法 3-SAT问题