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基于HHL算法的量子牛顿-拉夫逊法潮流计算
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作者 徐震 张大波 +3 位作者 杨贺钧 马英浩 窦猛汉 方圆 《中国电机工程学报》 北大核心 2025年第14期5564-5576,I0020,共14页
量子计算的快速发展为新型电力系统日益复杂的实时仿真计算提供了新的方案。该文将经典计算机的数据处理与量子计算机的迭代计算相结合,提出基于Harrow-Hassidim-Lloyd(HHL)算法的量子牛顿-拉夫逊法潮流计算模型。通过将牛顿-拉夫逊潮... 量子计算的快速发展为新型电力系统日益复杂的实时仿真计算提供了新的方案。该文将经典计算机的数据处理与量子计算机的迭代计算相结合,提出基于Harrow-Hassidim-Lloyd(HHL)算法的量子牛顿-拉夫逊法潮流计算模型。通过将牛顿-拉夫逊潮流方程进行变换,给出修正方程的量子化编码、潮流方程的量子线路构建、修正向量的量子测量的算法原理。基于量子计算的近似求解特性,定义量子潮流计算的收敛判据,以提升迭代计算收敛的可靠性。不同规模的IEEE测试系统在本源量子虚拟计算平台上验证所提量子潮流算法的有效性。 展开更多
关键词 量子潮流计算 hhl算法 牛顿-拉夫逊法 极坐标方程 直角坐标方程
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基于OpenMP并行模型下HHL算法的经典模拟实现 被引量:2
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作者 谢浩山 刘晓楠 +2 位作者 赵晨言 何明 宋慧超 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2022年第S02期914-918,共5页
量子计算天然的叠加性和纠缠性使其具有经典计算技术难以比拟的并行计算能力,基于量子计算强大的并行能力,某些已知的量子算法处理问题的速度要快于经典算法。然而现阶段由于量子计算机的研制还处于发展阶段,想要在量子计算机上进行算... 量子计算天然的叠加性和纠缠性使其具有经典计算技术难以比拟的并行计算能力,基于量子计算强大的并行能力,某些已知的量子算法处理问题的速度要快于经典算法。然而现阶段由于量子计算机的研制还处于发展阶段,想要在量子计算机上进行算法实验的需求还不能被满足,因此可以在经典计算机上对量子算法进行经典模拟。HHL算法常用来解决线性系统的方程问题,其被广泛应用在数据处理、数值计算、最优化问题等领域。本文基于经典的计算机平台,通过高级编程语言C++对HHL算法进行模拟实现,并采用OpenMP并行编程模型对算法进行并行加速。实现了HHL算法模拟解决4×4,8×8,16×16矩阵的线性方程组,并且对算法进行了加速处理。 展开更多
关键词 hhl算法 OPENMP 并行加速 经典模拟
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基于“嵩山”超级计算机系统下HHL算法的模拟实现 被引量:2
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作者 谢浩山 刘晓楠 +1 位作者 赵晨言 刘正煜 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2023年第6期74-80,共7页
量子计算是一种遵循量子力学规律来调控量子信息单元进行计算的新型计算模式,而量子算法由一系列量子门组合而成,其实现形式为量子线路。量子线路是对量子比特进行操作的线路,以量子比特为基本的存储单元,将量子逻辑门连接在一起来实现... 量子计算是一种遵循量子力学规律来调控量子信息单元进行计算的新型计算模式,而量子算法由一系列量子门组合而成,其实现形式为量子线路。量子线路是对量子比特进行操作的线路,以量子比特为基本的存储单元,将量子逻辑门连接在一起来实现特定的计算功能。文中在“嵩山”超级计算机上利用MPI+OpenMP混合并行编程模型,实现了将大规模量子线路拆分到不同节点上进行构建,加快了线路的构建速度,并且在CPU集群系统上具有良好的可拓展性。针对节点间通信问题,设计了序列化和反序列化函数,以保证节点间数据的传输,并且根据各节点所分配任务量间存在的指数级差异,设计了一种拆分任务量、各节点轮循处理的优化方式,实现了节点间的负载均衡。最后在超级计算机CPU集群上成功实现了大规模的量子相位估计线路的构造,相较于单节点取得了8.63的加速比,并通过HHL算法验证了所设计的并行相位估计子模块的正确性,为大规模HHL算法在超算平台上的实现提供了参考。 展开更多
关键词 量子相位估计 CPU集群 MPI hhl算法 负载均衡
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HHL量子算法的普适量子线路设计 被引量:2
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作者 季雯 叶宾 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第5期747-758,共12页
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... 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。 展开更多
关键词 量子计算 hhl量子算法 量子线路 量子相位估计 IBM qiskit平台
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Near Term Hybrid Quantum Computing Solution to the Matrix Riccati Equations 被引量:1
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作者 Augusto Gonzalez Bonorino Malick Ndiaye Casimer DeCusatis 《Journal of Quantum Computing》 2022年第3期135-146,共12页
The well-known Riccati differential equations play a key role in many fields,including problems in protein folding,control and stabilization,stochastic control,and cybersecurity(risk analysis and malware propaga-tion)... The well-known Riccati differential equations play a key role in many fields,including problems in protein folding,control and stabilization,stochastic control,and cybersecurity(risk analysis and malware propaga-tion).Quantum computer algorithms have the potential to implement faster approximate solutions to the Riccati equations compared with strictly classical algorithms.While systems with many qubits are still under development,there is significant interest in developing algorithms for near-term quantum computers to determine their accuracy and limitations.In this paper,we propose a hybrid quantum-classical algorithm,the Matrix Riccati Solver(MRS).This approach uses a transformation of variables to turn a set of nonlinear differential equation into a set of approximate linear differential equations(i.e.,second order non-constant coefficients)which can in turn be solved using a version of the Harrow-Hassidim-Lloyd(HHL)quantum algorithm for the case of Hermitian matrices.We implement this approach using the Qiskit language and compute near-term results using a 4 qubit IBM Q System quantum computer.Comparisons with classical results and areas for future research are discussed. 展开更多
关键词 Quantum computing matrix ricatti equations differential equations qiskit hybrid algorithm hhl algorithm
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Quantum Algorithm for Boolean Equation Solving and Quantum Algebraic Attack on Cryptosystems 被引量:5
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作者 CHEN Yu-Ao GAO Xiao-Shan 《Journal of Systems Science & Complexity》 SCIE EI CSCD 2022年第1期373-412,共40页
This paper presents a quantum algorithm to decide whether a Boolean equation system F has a solution and to compute one if F does have solutions with any given success probability.The runtime complexity of the algorit... This paper presents a quantum algorithm to decide whether a Boolean equation system F has a solution and to compute one if F does have solutions with any given success probability.The runtime complexity of the algorithm is polynomial in the size of F and the condition number of certain Macaulay matrix associated with F.As a consequence,the authors give a polynomial-time quantum algorithm for solving Boolean equation systems if their condition numbers are polynomial in the size of F.The authors apply the proposed quantum algorithm to the cryptanalysis of several important cryptosystems:The stream cipher Trivum,the block cipher AES,the hash function SHA-3/Keccak,the multivariate public key cryptosystems,and show that they are secure under quantum algebraic attack only if the corresponding condition numbers are large.This leads to a new criterion for designing such cryptosystems which are safe against the attack of quantum computers:The corresponding condition number. 展开更多
关键词 Block cipher AES Boolean equation solving condition number hash function SHA3/Keccak hhl algorithm MPKC polynomial system solving quantum algorithm stream cipher Trivum
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