任意大小图像的量子描述及双线性插值方法

为解决任意大小图像的量子描述及缩放问题,提出一种改进的量子图像描述方法。采用量子基态描述像素值,采用量子叠加态描述像素位置,该叠加态可包含任意数量的基态,描述任意大小的图像。提出一种基于量子傅里叶变换的图像双线性插值方法。基于量子傅里叶变换基本原理,设计实现加法和乘法的量子线路,利于这两个模块及其它辅助模块,研究实现图像双线性插值的量子线路设计方法,设计双线性插值放大和缩小两种具体的量子线路。基于线路中采用的量子基本门的数量,分析线路的复杂度,其结果表明,该方法可以实现对经典方法的指数加速。经典计算机上的仿真结果验证了提出方法的有效性。

量子传感(Ⅱ):关键技术与典型代表

作为量子信息感知物理实现基础的量子传感技术是三大核心量子技术之一,也是发展历史最悠久、技术成熟度最高、实际应用范围最广、潜在应用最多的量子技术。文章是量子传感综述论文的第二部分,在第一部分的基础上,介绍了量子传感的关键技术以及量子传感器的典型代表。其中,关键技术方面,结合量子态的制备、操控、探测,概括了量子传感具备颠覆性能力的核心原理及技术支撑;典型代表方面,详细介绍了频率、电、磁、重力、惯性等代表性量子传感器技术,以及各类量子传感器的基本原理、实现平台及发展现状。

美国智库分析量子技术的应用和影响

2023年5月,美国智库战略与国际问题研究中心(CSIS)发布《量子技术:应用和启示》报告,探讨量子技术在量子计算、量子加密、量子通信和量子传感领域的应用和影响,呼吁国家、企业和学术界共同合作,制定相关政策和标准,确保量子技术的安全和可持续发展。

基于大津阈值的量子图像分割方法

为解决量子计算机上图像分割的问题,研究一种基于大津阈值的量子图像分割方法。设计量子加法器、量子减法器、量子乘法器、量子除法器和直方图的基本模块,在此基础上,设计累积直方图、累积平均值、类间方差等子模块,通过对每个灰度级所对应的类间方差进行排序,选取所有类间方差的最大值作为大津阈值,对得到的大津阈值进行图像二值化量子线路设计。通过在经典计算机上的仿真验证了方法的执行效果,基于所用基本量子门数量,分析量子线路的复杂度,其结果表明,所提方法可以实现对经典方法的加速。

欧盟量子旗舰计划发布至2030年新议程明确量子技术四大支柱领域研究与产业化方向

欧洲是量子理论的发源地,为迎接“第二次量子革命”,欧盟于2018年10月启动“量子旗舰计划”,并于2020年3月发布《量子旗舰计划战略研究议程》,明确了未来十年欧洲量子研究的方向。在量子产业快速酝酿兴起的背景下,“量子旗舰计划”工作组于2024年2月对上述议程进行更新,发布新的《至2030年战略研究与产业议程》,旨在整合欧盟量子领域所有研发、产业化、基础设施相关项目和议程,形成统一的指导性投资战略,推动欧盟成为全球量子创新领先地区。新议程明确了量子技术四大支柱领域和十大跨领域共性问题方面的研究与产业化优先方向,并提出了欧盟的发展目标与建议。本篇聚焦量子计算、量子模拟、量子通信、量子传感和计量四大支柱领域。

量子通信中单光子源的制备技术专利布局及发展趋势研究

单光子是指光源激发出单光子与多光子的相对概率。一个光源每次激发出一个光子的同时,零概率激发出多个光子,这样的光源称之为理想的单光子源。当前,随着量子计算、量子密码术以及量子网络等形式的量子信息处理技术高速发展,稳定、高效、可靠的单光子源已经成为了其中一个非常关键的重要前提。在量子信息技术出现之后,就急需要一种新型的单光子源。

量子传感(Ⅰ):基础理论与方法

作为当前三大核心量子技术之一的量子传感技术,是量子信息感知与获取的重要物理实现基础,也是发展历史最悠久、技术成熟度最高、实际应用范围最广、潜在应用最多的量子技术。文章是量子传感的第一部分,主要介绍量子传感的基础理论与方法。首先从理论上总结量子传感的定义及基本概念,指出量子传感“量子性”的由来,并从实际应用的角度,提出量子传感的技术外延以及分类依据;接着详细介绍了有关量子传感的基本实现架构,以及描述量子传感性能的核心技术指标,归纳了用于提高量子传感性能的物理原理及技术方法。

量子机器学习综述

近年来,机器学习一直是被关注和探讨的研究热点,被应用到各领域并在其中起着重要作用.但随着数据量的不断增加,机器学习算法训练时间越来越长.与此同时,量子计算机表现出强大的运算能力.因此,有研究人员尝试用量子计算的方法解决机器学习训练时间长的问题,量子机器学习这一领域应运而生.量子主成分分析、量子支持向量机、量子深度学习等量子机器学习算法相继被提出,并有实验证明了量子机器学习算法有显著的加速效果,使得量子机器学习的研究展现出逐步走高的趋势.对量子机器学习算法进行综述.首先介绍量子计算基础;然后对量子监督学习、量子无监督学习、量子半监督学习、量子强化学习以及量子深度学习5类量子机器学习算法进行介绍;接着对量子机器学习的相关应用进行介绍并给出了算法实验;最后进行总结和展望.

光电量子器件研究进展(封面文章·特邀)

量子科技的发展多年来得到了光电技术的有力支撑,笔者团队由此进行了一系列光电量子器件的研究和开发。为在光纤量子通信中实现单光子信号的按需产生,笔者设计了几种微纳柱型光腔-量子点单光子源;发展了频分复用技术,研制了高纯度、高全同的宣布式单光子源;利用GaN缺陷的单光子特性,制备了室温量子随机数发生器。笔者优化周期极化铌酸锂的级联波导结构设计,大幅提升了通信波段量子纠缠光源性能,使保真度高于97%,噪声特性提高10倍;设计和制备Si3N4微环腔纠缠源器件,实现了99%的干涉可见度,展示了芯片集成量子光源的技术可行性;应用所制备的纠缠光源,实现了数十千米光纤基量子密钥分发和量子隐形传态。笔者发展了单光子探测器制造工程,研制了用于太阳光谱量子测量的低噪声高速雪崩单光子探测器和用于量子成像的128×32及以上规模的雪崩焦平面单光子探测器。笔者制备了光纤基量子存储器,实现了1 650个光子模式的有效存储;研究了光机械量子器件的原理机制,探索了纳米光机电系统用于量子精密测量的技术前景。希望以上综述为未来量子信息网络的发展提供研究参考和技术储备。

量子信息技术产业发展概况及建议

量子信息技术是量子科技的重要组成部分,它以量子力学原理为基础,通过对微观量子系统中物理状态的制备、调控和测量,实现信息感知、计算和传输。量子信息技术主要包括量子计算、量子通信和量子测量三大领域,在提升运算处理能力、加强信息安全保护能力、提高传感测量精度等方面,具备超越经典信息技术的潜力。未来,量子信息技术有望在前沿科学、信息通信和数字经济等诸多领域引发颠覆性的技术创新和改变游戏规则的变革性应用。

改进的量子彩色图像中值滤波算法

图像处理任务中广泛应用中值滤波器来平滑图像和消除幅度极大或极小的噪声,并且可以保持图像的边缘特性,不会使图像产生明显模糊。提出一种改进的空间域量子彩色图像中值滤波算法,并且在IBM Q(international business machines quantum)平台上进行仿真。该算法将量子彩色图像进行存储,利用量子比较器模块、量子控制交换器模块、中值计算模块和阈值模块设计量子彩色图像中值滤波的量子线路。相较于已有的量子彩色图像中值滤波算法,在进行中值滤波之前加入了阈值进行噪声判断,该算法滤波效果更好,同时时间复杂度也更低。

量子安全多方计算协议研究进展

量子安全多方计算是量子信息技术与隐私保护计算技术相结合形成的新兴交叉领域,作为量子密码学的一个重要分支,在安全性、计算效率等方面有着经典安全多方计算所不能及的优点。量子安全多方求和(Quantum Secure Multi-party Summation,QSMS)作为量子安全多方计算的一个最基本运算过程,近年来获得了广泛的关注。本文梳理了近期QSMS协议的研究进展,根据协议所依据的基本原理进行了分类,并介绍了一些代表性协议的基本原理和典型特点。

分布式量子计算研究进展

量子比特的高效拓展是量子计算获取量子加速优势需要解决的基本问题,分布式量子计算(DQC)因其高度可行性和灵活性,成为解决量子比特拓展问题的关键技术之一。根据芯片间通信方式的不同,分布式量子计算可以分为基于量子隐形传态和基于量子线路拆分的分布式量子计算两种类型,前者主要面向容错量子计算,而后者被认为可在中等规模含噪声量子(NISQ)时代有效提升量子计算机算力。从长远角度来看,作为量子网络的主要应用之一,分布式量子计算可以更好地整合接入量子网络的海量量子计算机以解决高难度问题。首先介绍了分布式量子计算的来源和类型,在此基础上,给出了两类分布式量子计算的基本原理和发展状况,以及关注度较高的应用算法和编译优化方法。

“2024量子测量科学技术与应用国际会议”征稿启事

量子技术(Quantum Technology)作为新质生产力中未来产业的重要组成部分,已在量子计算、量子传感器、量子计量和量子模拟等多方面得到应用。国家《“十四五”市场监管现代化规划》提出“加强以量子计量为核心的先进测量体系建设,加快建立新一代国家计量基准”,为促进国内外测量领域科学技术的交流,加强测量领域的国际合作,定于2024年11月6日~8日在中国青岛召开“2024年量子力学和测量关系国际研讨会”,大会委托《宇航计测技术》编辑部为本次会议进行论文征集,采用的论文将通过论坛宣读、会议墙报、大会文集、《宇航计测技术》期刊、专栏等多种方式展示。

量子计算研究现状与未来发展

量子计算乃至更为广泛的量子信息,是基于量子力学原理发展出来的概念与技术体系,涉及信息的本质及其处理。量子计算利用量子叠加、量子纠缠等资源进行信息编码和处理,已被证明在若干问题上具有相对于经典计算的极大优势,在实用化后将对信息及相关科技产生深远影响。本文概要回顾了量子计算的发展历史,如量子计算思想与概念的形成、重要理论及算法的发展以及应用情况;梳理总结了代表性的量子计算技术路线及其发展态势,如超导量子计算、分布式超导量子计算、光量子计算、囚禁离子量子计算、硅基量子计算及若干其他体系。着眼不同技术路线面临的共性问题,对我国量子计算领域未来发展提出建议:注重战略规划和布局,培养高水平研究团队,加强基础研究、核心技术、关键设备的自主研发。

多个单光子间量子干涉获证

据报道,由奥地利维也纳大学菲利普·瓦尔特领导的一个国际研究团队在量子技术方面取得重大突破:成功利用一种新型资源高效平台展示了多个单光子之间的量子干涉。发表在最新一期《科学进展》上的这项研究代表了光学量子计算领域的一大进步,为开发更具扩展性的量子技术铺平了道路。光子之间的干涉是量子光学中一种基本现象,是光量子计算的关键。它涉及利用光的特性(例如波粒二象性)来诱导干涉图案,使编码和处理量子信息成为可能。

我国量子信息科技正处于国际第一方阵

随着全球科技竞争的日益激烈,量子信息技术作为引领未来科技发展的重要方向,正受到越来越多国家的重视。我国作为全球科技大国,近年来在量子信息领域取得了显著进展,量子计算机、量子通信、量子测量等方向均取得了重要突破。根据天眼查专业版数据显示,我国目前有超过5200家经营范围含“量子”的量子科技相关企业,其中87%的相关企业成立于5年以内。

我国科学家成功实现无串扰的量子网络节点

量子网络是基于量子力学规律对量子信息进行存储、处理和传输的物理装置,是实现量子通讯和大规模量子计算的基础。清华大学研究团队利用同种离子的双类型量子比特编码,在国际上首次实现无串扰的量子网络节点,对未来实现量子通讯和大规模量子计算具有重要意义。该研究成果近日发表于国际学术期刊《自然·通讯》。

基于参数化角编码的量子K-means算法

结合K-means算法和角编码技术,提出了一种无需量子随机存储(QRAM)的量子K-means算法。该算法利用量子操作的并行性,仅需对数数量的时间复杂度就能完成数据的加载;并且通过对输入数据进行参数预处理操作,确定数据分量的参数阈值,解决了样本不同特征尺度差异的问题。该算法由编码数据、相似度度量、量子最小值搜索和质心迭代更新四个主要步骤组成,细致描述了这些步骤所涉及的算子和线路构建,并对关键线路进行了仿真模拟。实验结果和经典预测结果一致,验证了所提量子K-means算法的可靠性。此外,理论分析表明所提出算法相比于经典算法在运行时间上有平方级加速。

基于量子奇异值估计的岭回归算法

作为一种有监督学习算法,岭回归算法有着十分广泛的使用。本工作将量子奇异值估计与经典岭回归算法相结合,提出了一种量子岭回归算法。该算法利用量子计算的并行特性,实现了对岭回归拟合参数的求解以及预测值的获取。复杂度分析表明,所提算法有效解决了数据矩阵为非厄米矩阵时需要进行矩阵拓展或者矩阵运算的问题,与经典算法相比在运行时间上具有指数级加速。此外,本工作还给出了所提算法的量子电路图并对其关键步骤进行了仿真实验,实验结果验证了所提算法的有效性和可行性。