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量子模拟器优化综述
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作者 彭世昕 张为华 《计算机系统应用》 2024年第6期16-27,共12页
近年来,不断发展的量子计算已成为众人关注的焦点.然而,量子硬件存在稀缺性和噪声等问题,这使得研究量子算法、验证量子芯片等行为都依赖运行在经典计算机上的量子模拟器.本文讨论了不同量子模拟器使用的主要模拟方法,并讨论了主流的全... 近年来,不断发展的量子计算已成为众人关注的焦点.然而,量子硬件存在稀缺性和噪声等问题,这使得研究量子算法、验证量子芯片等行为都依赖运行在经典计算机上的量子模拟器.本文讨论了不同量子模拟器使用的主要模拟方法,并讨论了主流的全振幅状态向量模拟器和基于张量网络的量子模拟器的各种优化.最后,我们总结了量子模拟器的现状和未来发展方向. 展开更多
关键词 量子计算 量子电路模拟 量子模拟器 高性能计算
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基于新一代神威超算的量子计算模拟器加速和优化
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作者 史新民 刘勇 +2 位作者 陈垚键 宋佳伟 刘鑫 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2023年第8期2486-2492,共7页
针对量子硬件规模逐步扩大、当下量子计算经典模拟速度不高的问题,提出了基于神威超算量子模拟器的两种优化方法。首先,通过改进张量转置策略和计算策略重新构建了张量收缩算子库SWTT,从而提高了部分张量收缩的计算内核效率并减少了冗... 针对量子硬件规模逐步扩大、当下量子计算经典模拟速度不高的问题,提出了基于神威超算量子模拟器的两种优化方法。首先,通过改进张量转置策略和计算策略重新构建了张量收缩算子库SWTT,从而提高了部分张量收缩的计算内核效率并减少了冗余访存;其次,通过提高数据局部性的收缩路径调整方法实现了路径计算复杂度和计算效率之间的均衡。测试结果表明,该算子库改进方法可将“悬铃木”量子霸权电路模拟效率提升5.4%,单步张量收缩效率最高提升49.7倍;该路径调整方法可在路径计算复杂度膨胀2倍条件下提升约4倍的浮点效率。两种优化方法使神威超算整机模拟谷歌53量子比特20层量子芯片随机电路百万振幅采样的单精度和混合精度浮点运算效率分别从3.98%和1.69%提升至18.48%和7.42%,理论估计模拟时间从单精度的470 s降至226 s,混合精度的304 s降至134 s,证明两种方法大幅提高了量子计算模拟速度。 展开更多
关键词 量子模拟器 神威超算体系结构 收缩路径 张量收缩算子库 张量网络收缩
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量子线路模拟器QuEST在多GPU平台上的性能优化 被引量:1
3
作者 张亮 常旭 +1 位作者 秦志楷 沈立 《计算机工程与科学》 CSCD 北大核心 2021年第1期17-23,共7页
在当前量子计算的研究中,量子线路模拟器作为重要的研究工具,一直受到研究者们的高度重视。QuEST是一款开源的通用量子线路模拟器,能在单个CPU结点、多个CPU结点和单个GPU等多种测试平台上灵活运行。量子线路模拟固有的并行性使其非常... 在当前量子计算的研究中,量子线路模拟器作为重要的研究工具,一直受到研究者们的高度重视。QuEST是一款开源的通用量子线路模拟器,能在单个CPU结点、多个CPU结点和单个GPU等多种测试平台上灵活运行。量子线路模拟固有的并行性使其非常适合在GPU上运行,并能获得较大的性能加速。但是其缺点在于所消耗的内存空间巨大,单个GPU受显存容量限制,无法模拟具有更多量子位的量子系统。设计并实现了多GPU版本的QuEST模拟器,解决了单个GPU显存不足的问题,能够使用多个GPU模拟更多的量子位。而且,与单CPU版本相比可获得7~9倍的性能加速,与多CPU版本相比可获得3倍的性能加速。 展开更多
关键词 量子计算 量子线路模拟器 QUEST 多GPU 显存
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Qsimulation:一个量子计算模拟器工具
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作者 邓曦 邓玉欣 《计算机工程与科学》 CSCD 北大核心 2019年第5期843-850,共8页
介绍一个可在经典计算机上模拟量子计算的工具Qsimulation。该工具由4个主要部分组成:一个命令式的量子编程语言,一个量子计算解释器,一个用于模拟量子程序执行的图形用户界面以及错误处理模块,它能帮助教师和新手设计并测试简单的量子... 介绍一个可在经典计算机上模拟量子计算的工具Qsimulation。该工具由4个主要部分组成:一个命令式的量子编程语言,一个量子计算解释器,一个用于模拟量子程序执行的图形用户界面以及错误处理模块,它能帮助教师和新手设计并测试简单的量子电路和量子程序。 展开更多
关键词 量子计算 量子计算模拟器 量子电路
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量子计算模拟及优化方法综述 被引量:2
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作者 喻志超 李扬中 +1 位作者 刘磊 冯圣中 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2022年第1期1-11,共11页
在处理某些大规模并行问题时,量子计算因量子位独特的叠加态和纠缠态特性,相比经典计算机在并行处理方面具有更明显的优势。现阶段,物理量子比特计算机受限于可扩展性、相干时间和量子门操作精度,在经典计算机上开展量子计算模拟成为研... 在处理某些大规模并行问题时,量子计算因量子位独特的叠加态和纠缠态特性,相比经典计算机在并行处理方面具有更明显的优势。现阶段,物理量子比特计算机受限于可扩展性、相干时间和量子门操作精度,在经典计算机上开展量子计算模拟成为研究量子优越性和量子算法的有效途径。然而,随着量子比特数的增加,模拟所需的计算机资源呈指数增长。因此,研究大规模量子计算模拟在保证计算准确度、精度及效率的情况下减少模拟所需资源具有重要意义。从量子比特、量子门、量子线路、量子操作系统等方面展开,阐述量子计算的基本原理和背景知识。同时总结基于经典计算机的量子计算模拟基本方法,分析不同方法的设计思路和优缺点,列举目前常见的量子计算模拟器。在此基础上,针对量子计算模拟的通信开销问题,从节点拆分和通信优化2个方面出发,讨论基于超级计算机集群的量子计算模拟优化方法。 展开更多
关键词 量子计算 量子线路 概率幅模拟 量子计算模拟器 超级计算机
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用变分量子本征求解器研究量子拉比模型的基态问题
6
作者 郝明星 高一波 《物理与工程》 2023年第5期59-66,共8页
在用变分法求解量子系统基态问题的研究中,采用变分量子算法求解基态的研究受到广泛的关注,作为一种量子与经典混合算法的变分量子求解器在其中发挥了重要作用。本文在开源的量子计算模拟器上运行变分量子本征求解器对量子拉比模型在超... 在用变分法求解量子系统基态问题的研究中,采用变分量子算法求解基态的研究受到广泛的关注,作为一种量子与经典混合算法的变分量子求解器在其中发挥了重要作用。本文在开源的量子计算模拟器上运行变分量子本征求解器对量子拉比模型在超强耦合区的基态进行了讨论。在3量子比特空间中,我们采用标准二进制编码方式将量子拉比模型中的算符和量子态进行编码,并且在哈密顿量变分拟设构造的量子电路上计算得到哈密顿量最小平均值(基态能量)。最后,通过将变分量子本征求解器的计算结果与经典数值模拟方法得到的精确值进行对比,我们讨论了变分量子本征求解器的计算精度与量子电路的消耗资源(量子比特数目)以及耦合强度之间的依赖关系。 展开更多
关键词 量子拉比模型 变分量子本征求解器 量子计算模拟器
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SAT问题在量子体系计算机上的计算方法
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作者 陈章 高甄 《福建电脑》 2008年第1期75-76,共2页
本文从AMP方法解SAT问题入手,在量子体系计算机上寻求求解SAT问题的完备解的计算方法。从量子力学理论和Deutch的量子计算理论出发讨论通用量子逻辑门和构建布尔与门和或门的方法,最后,本文给出在量子模拟器上运用量子逻辑门阵列求解SA... 本文从AMP方法解SAT问题入手,在量子体系计算机上寻求求解SAT问题的完备解的计算方法。从量子力学理论和Deutch的量子计算理论出发讨论通用量子逻辑门和构建布尔与门和或门的方法,最后,本文给出在量子模拟器上运用量子逻辑门阵列求解SAT问题的计算步骤。 展开更多
关键词 量子计算 量子模拟器 量子 量子寄存器 pauli矩阵 量子叠加态 量子逻辑门 SAT 量子并行计算
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基于量子同态加密的密文搜索研究
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作者 杜娟 董朝阳 +1 位作者 赵亮 拱长青 《沈阳航空航天大学学报》 2020年第5期55-62,共8页
提出了一种量子环境下的密文搜索方案。针对现有量子同态加密方案中T门密钥更新过程过于繁琐的问题,设计了一种基于可信服务器辅助处理T门的密钥更新方案,并基于此构建了量子密文搜索方案。该方案将服务器分为可信服务器和半可信服务器... 提出了一种量子环境下的密文搜索方案。针对现有量子同态加密方案中T门密钥更新过程过于繁琐的问题,设计了一种基于可信服务器辅助处理T门的密钥更新方案,并基于此构建了量子密文搜索方案。该方案将服务器分为可信服务器和半可信服务器,后者完成搜索操作,当电路中存在T门时,将该量子态上传给可信服务器,可信服务器对其解密后执行T门的操作,再随机生成密钥将其加密上传给半可信服务器,可信服务器帮助客户端完成密钥更新操作,减轻了客户端的压力,提升了算法的效率。在该方案的基础上,利用IBM量子模拟器完成了二值情况下的密文搜索实验,结果表明该方案能够在保证安全性的前提下,实现相应的密文搜索。 展开更多
关键词 量子同态加密 密文搜索 可信服务器 密钥更新算法 IBM量子模拟器
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Highlights
9
《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2017年第5期565-565,共1页
关键词 光学量子计算机 中国 发展现状 量子模拟器
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量子算法的经典计算机模拟
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作者 张大伟 朱甫臣 《信息安全与通信保密》 2007年第2期169-171,174,共4页
1994年Shor量子算法的发明掀起了研究量子算法的热潮,如何设计使用模拟器研究量子算法成为当前的一个课题。论文从应用目的、数据表示、功能特点等方面叙述了当前已有的量子算法模拟器,并对其进行了复杂度分析,同时介绍了量子算法模拟... 1994年Shor量子算法的发明掀起了研究量子算法的热潮,如何设计使用模拟器研究量子算法成为当前的一个课题。论文从应用目的、数据表示、功能特点等方面叙述了当前已有的量子算法模拟器,并对其进行了复杂度分析,同时介绍了量子算法模拟的语言还有通用的调试环境。 展开更多
关键词 量子算法模拟器 经典计算机 量子算法 模拟
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Optimization of parameters of a surface-electrode ion trap and experimental study of influences of surface on ion lifetime
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作者 BaoQuan Ou Jie Zhang +5 位作者 XinFang Zhang Yi Xie Ting Chen ChunWang Wu Wei Wu PingXing Chen 《Science China(Physics,Mechanics & Astronomy)》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第12期33-39,共7页
In this paper we report the optimal design and fabrication of a gold-on-silica linear segmented surface-electrode ion trap. By optimizing the thickness and width of the electrodes, we improved the trapping ability and... In this paper we report the optimal design and fabrication of a gold-on-silica linear segmented surface-electrode ion trap. By optimizing the thickness and width of the electrodes, we improved the trapping ability and trap scalability. By using some practical experimental operation methods, we successfully minimized the trap heating rate. Consequently, we could trap a string of up to 38 ions, and a zigzag structure with 24 ions, and transport two trapped ions to different zones. We also studied the influences of the ion chip surface on the ion lifetime. The excellent trapping ability and flexibility of operation of the planar ion trap shows that it has high feasibility for application in the development a practical quantum information processor or quantum simulator. 展开更多
关键词 quantum information processor quantum simulator ion trap surface-electrode trap ion string ion transportation
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Simulation of the characteristics of low-energy proton induced single event upset 被引量:2
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作者 GENG Chao XI Kai +1 位作者 LIU TianQi LIU Jie 《Science China(Physics,Mechanics & Astronomy)》 SCIE EI CAS 2014年第10期1902-1906,共5页
Monte Carlo simulation results are reported on the single event upset(SEU) triggered by the direct ionization effect of low-energy proton. The SEU cross-sections on the 45 nm static random access memory(SRAM) were com... Monte Carlo simulation results are reported on the single event upset(SEU) triggered by the direct ionization effect of low-energy proton. The SEU cross-sections on the 45 nm static random access memory(SRAM) were compared with previous research work, which not only validated the simulation approach used herein, but also exposed the existence of saturated cross-section and the multiple bit upsets(MBUs) when the incident energy was less than 1 MeV. Additionally, it was observed that the saturated cross-section and MBUs are involved with energy loss and critical charge. The amount of deposited charge and the distribution with respect to the critical charge as the supplemental evidence are discussed. 展开更多
关键词 single event upset PROTON direct ionization Monte Carlo
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Experimental simulation of the Unruh effect on an NMR quantum simulator
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作者 Fang Zhou Jin Hong Wei Chen +8 位作者 Xing Rong Hui Zhou Ming Jun Shi Qi Zhang Chen Yong Ju Yi Fu Cai Shun Long Luo Xin Hua Peng Jiang Feng Du 《Science China(Physics,Mechanics & Astronomy)》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第3期48-55,共8页
The Unruh effect is one of the most fundamental manifestations of the fact that the particle content of a field theory is observer dependent. However, there has been so far no experimental verification of this effect,... The Unruh effect is one of the most fundamental manifestations of the fact that the particle content of a field theory is observer dependent. However, there has been so far no experimental verification of this effect, as the associated temperatures lie far below any observable threshold. Recently, physical phenomena, which are of great experimental challenge, have been investigated by quantum simulations in various fields. Here we perform a proof-of-principle simulation of the evolution of ferrnionic modes under the Unruh effect with a nuclear magnetic resonance (NMR) quantum simulator. By the quantum simulator, we experimentally demonstrate the behavior of Unruh temperature with acceleration, and we fiarther investigate the quantum correlations quantified by quantum discord between two fermionic modes as seen by two relatively accelerated observers. It is shown that the quantum correlations can be created by the Unrtfia effect from the classically correlated states. Our work may provide a promising way to explore the quantum physics of accelerated systems. 展开更多
关键词 quantum simulation Unruh effect quantum correlations
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Modeling and simulation of InAs/GaAs quantum dot lasers 被引量:1
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作者 吕少锋 Ivo Montrosset +2 位作者 Mariangela Gioannini 宋书中 马建伟 《Optoelectronics Letters》 EI 2011年第2期122-125,共4页
Based on the analysis of carrier dynamics in quantum dots (QDs), the numerical model of InAs/GaAs QD laser is developed by means of complete rate equations. The model includes four energy levels and among them three... Based on the analysis of carrier dynamics in quantum dots (QDs), the numerical model of InAs/GaAs QD laser is developed by means of complete rate equations. The model includes four energy levels and among them three energy levels join in lasing. A simulation is conducted by MATLAB according to the rate equation model we obtain. The simulation results of PI characteristic, gain characteristic and intensity modulation response are reasonable. Also, the relations between the left facet reflectivity of laser cavity and threshold current as well as modulation bandwidth are studied. It is indicated that the left facet reflectivity increasing can result in reduced threshold current and improved mo6ulation bandwidth, which is in accordance with experimental results. The internal mechanism of QD lasers is fully described with the rate equation model, which is helpful for QD lasers research. 展开更多
关键词 Computer simulation Mathematical models MODULATION Optical waveguides REFLECTION Semiconductor quantum dots
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