n比特随机量子系统实时状态估计及其反馈控制

研究了n比特随机量子系统实时状态估计及其反馈控制的问题.对于连续弱测量(Continuous weak measurement, CWM)过程存在高斯噪声的情况,基于在线交替方向乘子法(Online alternating direction multiplier method,OADM)推导出一种适用于n比特随机量子系统的实时量子状态估计算法,即QSE-OADM (Quantum state estimation based on OADM).运用李雅普诺夫方法设计控制律,实现基于实时量子状态估计的反馈控制,并证明所提控制律的收敛性.以2比特随机量子系统为例进行数值仿真实验,通过与基于QST-OADM (Quantum state tomography based on OADM)算法和OPG-ADMM (Online proximal gradient-based alternating direction method of multipliers)算法的量子反馈控制方案的性能对比,验证了所提控制方案的优越性.

基于ASP.NET技术、量子遗传算法的物流调度管理系统设计与实现

随着大数据及云计算技术、人工智能技术在国内的迅猛发展,物流行业也广泛应用ASP.NET软件开发技术、B/S(browser/server)系统结构、SQL Server数据库等软硬件开发出符合物流企业车辆运输调度、物流信息管理的数字化服务系统。基于此,利用Web应用程序的ASP.NET分布式框架、B/S结构、SQL Server关系型数据库、IIS8服务器、COM组件等软硬件工具,建构起可用于物流企业客户订单管理、出库/入库管理、车辆调度管理的信息化服务系统,运用量子遗传算法建立物流企业的配送车辆路径规划模型、车辆优化调度寻优方案,进而提升物流企业配送车辆调度、物流信息资源管理的效率与质量。

量子计算系统软件研究综述

量子计算理论上有望解决诸多经典难解问题,近年来量子计算机的快速发展正推动这一理论进入实践.然而,当前硬件中繁多的错误会造成计算结果出错,严重限制了量子计算机解决实际问题的能力.量子计算系统软件位于应用与硬件之间,充分挖掘系统软件在硬件错误减缓方面的潜力,对于近期实现有实用价值的量子计算而言至关重要.由此,近期涌现了一批量子计算系统软件研究工作.将这些工作归纳入编译器、运行时系统和调试器3个范畴,通过对它们的分析总结,梳理量子计算系统软件的研究现状,揭示其在硬件错误减缓方面的重要作用.并对未来的研究方向进行展望.

控制开放超导量子电路系统中的几何量子关联冻结和量子相干性

本文研究了开放超导量子电路系统中,含时电磁场对两超导量子比特间的几何量子关联和量子相干性的影响.我们发现,加入磁场之后,几何量子关联被冻结的现象会出现,并且冻结的时间会随着含时电磁场的加入而得到延长.利用迹距离的方法,我们探讨了含时电磁场对超导量子比特与环境之间量子信息流动的影响,我们发现含时电磁场可以抑制环境的影响,降低超导量子比特与环境之间的量子信息流动.

量子计算技术在新型电力系统决策优化中的应用

新型电力系统的规划、运行和市场运营等决策优化过程呈现变量激增、约束繁杂等特点,而量子计算具有运算并行和状态叠加等特性,为高效解决此类“维数灾难”难题提供了新的技术路径。文中围绕量子计算技术赋能新型电力系统决策优化的原理可行性及实现思路展开探析。首先,梳理分析量子计算应用于新型电力系统决策优化过程的先进性与局限性,构建量子-经典计算混合的变分量子决策优化框架。在此基础上,提炼新型电力系统典型优化问题的共性,推导统一的问题结构,形成可利用量子比特系统描述的能量模型。随后,提出基于量子近似优化算法的求解流程,寻找能量模型的极值,并映射得到原优化问题的最优解。最后,从软硬件、算法框架以及行业发展等角度提出思考与展望。

量子信息中的度量空间方法在准周期系统中的应用

得益于量子信息理论的发展,保真度、纠缠熵等概念被引入到量子相变的研究中,不仅能用来标识新奇的物质相,还能用来探测量子相变的临界点以及描绘其临界行为.从度量空间的角度来看,这些物理量都可以被理解为度量空间中两个函数的距离.本文利用波函数和实空间中密度分布函数的距离,研究了以广义Aubry-André-Harper模型为代表的准周期系统,发现该方法不仅能标识拓展相、临界相和局域相,还能找到准确的相变点并计算出临界指数.此外,不仅将度量空间方法推广到波包扩散动力学研究,还提出了一种新的量,即态密度分布函数的距离,发现上述定义的两种物理量都能标识不同的物质相及相变点.通过定义某个函数在不同参数下的距离,不仅为标识已知系统相变点提供了研究工具,还为探测未知系统的不同物质相、相变点及其临界行为提供了一种直观的方法.

二态量子系统准确布居动力学的一类新型相空间表示及其与三角窗函数的关系

二态系统是最简单的且无经典对应的量子系统,对二态系统的同构表示的认识和研究能启发研究人员对其动力学与统计行为的更深刻理解.本文使用在[J.Chem.Phys.145,204105(2016);J.Chem.Phys.151,024105(2019);J.Phys.Chem.Lett.12,2496(2021)]等文章中发展的约束相空间严格理论、非协变相空间函数、含时权重函数与含时归一化因子来构建一类新型量子相空间表示.这类同构表示可以导出二态量子系统布居动力学的准确结果.约束相空间上的轨迹运动方程同构于含时薛定谔方程.每条相空间轨迹对于布居动力学所对应积分表达式的贡献严格半正定。进一步证明了在[J.Chem.Phys.145,144108(2016)]这篇文章中根据经验提出的三角窗函数方法在本质上可以对应于本文的这类新型相空间表示的一个特殊情况,因此同样是二态量子系统准确布居动力学的同构表示.

微小RNA-21抑制剂联合基于石墨烯量子点负载顺铂纳米药物系统对黑色素瘤细胞凋亡、迁移和侵袭的影响

目的探讨微小RNA(miRNA)-21抑制剂联合基于石墨烯量子点负载顺铂纳米药物系统(GPt)对黑色素瘤细胞凋亡、迁移和侵袭的影响及其机制。方法培养黑色素瘤B16F10细胞,分为对照组、纳米药24 h组、纳米药48 h组、纳米药72 h组,利用四甲基偶氮唑蓝(MTT)筛选出合适的给药剂量和用药时间;然后再分为miRNA-21抑制剂组、纳米药组、miRNA-21抑制剂+纳米药组。采用Transwell实验检测细胞侵袭能力,划痕实验检测细胞迁移能力,流式细胞仪检测细胞周期和凋亡情况,聚合酶链反应(PCR)和蛋白质印迹法(Western blot)检测miRNA-21、B细胞淋巴瘤/白血病-2(Bcl-2)、p53和Bcl-2相关X蛋白(BAX)的表达情况。再通过皮下注射B16F10细胞制备裸鼠黑色素瘤模型,检测各组肿瘤重量。结果筛选出用药作用时间与剂量分别为72 h和5.0μl,miRNA-21抑制剂具有明显的干扰效果,可用于后期实验。与对照组相比,纳米药组和miRNA-21抑制剂组细胞的侵袭能力、迁移能力均下降,G1期细胞比例升高,S期细胞比例下降,凋亡增多,两者联用后效果更明显。miRNA-21抑制剂组和纳米药组的Bcl-2蛋白和mRNA相对表达量均下降,两者联用后下降更加明显,p53、BAX蛋白和mRNA相对表达量均升高,两者联用后升高更加明显。与对照组相比,其他各组小鼠肿瘤重量均下降,并且miRNA-21抑制剂+纳米药组下降最明显。对照组的肿瘤组织中血管分布丰富,肿瘤细胞排列紧密,肿瘤细胞生长活跃,大小相对一致,其他各组肿瘤细胞排列疏松,细胞生长不活跃。结论GPt联合miRNA-21抑制剂能够诱导黑色素瘤细胞发生凋亡,并能抑制细胞的迁移和侵袭能力。

量子计算模拟物理系统进展

当前量子计算作为量子科技的前沿领域,在模拟物理系统方面取得了显著进展,但仍面临硬件噪声、量子误差等技术挑战。综述了量子计算在物理系统模拟中的最新进展,聚焦于量子-经典混合算法和错误缓解技术的应用,探讨其在不同物理系统中的优势与局限性。研究内容包括基于超导量子计算机的分子体系模拟、凝聚态物理系统的多体问题模拟、复杂流体力学系统的方程求解,以及在天体物理与高能物理中的应用。针对分子体系,变分量子算法(VQE)被广泛用于求解多电子体系的基态能量,并通过错误缓解方法提升了模拟的准确性。对于凝聚态物理系统,量子计算在模拟强关联自旋模型方面展现出较高的精度和效率,特别是在更大规模的自旋链模拟中实现了前所未有的精确度。流体力学领域的研究表明,量子-经典混合算法在求解纳维-斯托克斯方程时,能够实现一定程度的加速,为未来的流体动力学研究提供了新的工具。天体物理模拟中,量子计算被用于黑洞和暗物质性质的研究,展示了潜在的指数级加速能力,为理解宇宙中极端条件下的物理现象提供了可能性。在高能物理领域,量子计算在解决施温格模型等问题中表现出良好的应用前景,并初步探索了量子机器学习在高能实验数据分析中的潜力。为量子计算在多领域物理系统模拟的应用提供了全面的视角,指出了未来的发展方向与技术挑战。

基于变分模态分解与量子衍生算法的电力系统惯量评估

为消除电力系统扰动下频率变化率不一致对等效惯量评估的影响,提高系统等效惯量的评估精度,提出一种基于变分模态分解和量子衍生优化算法的电力系统等效惯量水平评估方法。通过变分模态分解实现对频率曲线的特征提取,利用各台发电机的惯性时间常数作为决策变量,对其进行实数量子编码,构造以发电机摇摆方程为基础的优化目标函数,采用量子混合更新策略对时间常数进行优化,进而实现电力系统惯量辨识,最后,进行多重指标的惯量水平评估。通过红沿河核电3号机组跳闸事件对辽宁电网实测数据下电网惯量水平进行评估分析,验证了所提方法的有效性。

基于机器学习的量子通信激光器功率控制系统设计

量子通信激光器的频段带宽较宽,在无线通信方面具有潜在的超高传输容量,也能够发挥快速波载的应用特性;但受功率控制的不协调因素限制,量子通信激光器在数据传输中脉冲功率会产生波动,导致传输带宽产生畸变,研究基于机器学习的量子通信激光器功率控制系统设计方法;以获取不同的控制指令为前提条件,将单片机和FPGA作为量子通信激光器主控单元;采用A/D作为转换单元,通过串行封装设计转换电路;基于机器学习分析电流与电压关系,实现系统硬件设计;构建量子通信激光机通信检测单元,在多量子耦合关系下,设定激光器有源区控制形式,基于介电常数分析激光器运行模式,对应量子通信功率反馈条件;基于机器学习中Q函数算法,寻找功率最优控制方案,完成系统软件设计;实验结果表明:在信号增益分别为0.05、0.10、0.15的变量条件下,应用文章所提系统控制量子通信激光器脉冲功率,能够在50次往返过程中实现功率的稳定控制,且脉冲宽度扥别为528 FS、556 FS、585 FS,没有发生畸变,表明该系统对量子通信激光器功率控制的效果较好。

量子通信技术在电力信息系统保密传输中的应用研究

随着电力信息系统的快速发展和信息传输的广泛应用,数据的安全性和保密性成为了一个重要的研究领域。传统的密码学方法面临着越来越多的挑战,安全性难以保证,而量子通信技术作为一种全新的信息传输手段,具有独特的优势,在电力信息系统中的应用也受到了广泛关注。该文综述了量子通信技术在电力信息系统保密传输中的应用研究,并提出了一些关键问题和研究方向。

基于量子通信的电力系统安全传输机制研究与实现

文章通过深入研究量子密钥分发技术原理和特点,结合电力系统通信需求,设计了一种将量子通信与经典通信相融合的安全传输方案。该方法核心在于利用量子信道不可克隆性和无条件安全性,为电力系统数据传输提供坚实的加密保障。通过在实际电力网络环境中进行实验验证,该方法成功地解决了传统加密方式可能遭受的窃听和破解风险,提高了数据传输的安全性。实验分析结果显示,此机制不仅能够有效抵御各种网络攻击,还能确保电力系统的稳定运行。

基于量子计算的输变电系统大规模数据处理与智能决策研究

随着电力系统发展,输变电系统的数据处理与决策日益复杂,传统方法难以满足需求。因此,本研究引入量子计算,利用其强大的并行计算能力和高效优化算法,应对大规模数据处理挑战。针对输变电特点,提出基于量子计算的智能决策方法。该方法能高效处理海量数据,准确识别系统故,并提供优化决策方案。此外,文章还探讨了量子计算在电力系统负荷预测、电网规划等领域的应潜力。实验结果表明,量子计算在处理输变电大规模数据时优势明显,能提高数据处理的准确性和效率,为电力系统的稳定运行和智能化管理提供支持,为输变电大规模数据处理与智能决策提供新的解决方案,奠定了量子计算在电力系统中的应用基础。

基于纳什均衡量子粒子群算法的分布式能源系统频率控制方法

含风能、太阳能等可再生能源的分布式能源系统存在频率波动过大和混合储能难以控制的问题。为此,文章提出了一种基于纳什均衡量子粒子群算法(NEQPSO)的分布式能源系统频率控制方法。首先,建立了一种含新能源和混合储能的分布式能源系统模型,并将滑模控制器(SMC)与LADRC观测器的输出共同作用于LADRC的PD控制器,实现滑模线性自抗扰控制器(SM-LADRC)的改进;接着,采用NEQPSO对控制器参数进行优化,以获取最优控制器参数;最后,设置不同情况下的对比验证实验。实验结果表明,优化控制器的控制效果明显优于常规PID和PI控制的;NEQPSO的寻优能力明显优于粒子群算法(PSO)和遗传算法(GA)的;同时,由负荷实验和灵敏度验证实验结果可知,基于NEQPSO滑模线性自抗扰控制的分布式能源系统响应快速、抗扰能力更强、频率效果更好且具有良好的稳态性能。

电力系统中量子信息学的应用现状及展望

量子信息学在信息获取、传输和处理等方面具有独特优势,在保障新型电力系统信息安全和纾解算力困境等方面潜力巨大。从量子通信和量子计算2个方面,总结了电力系统应用背景下的量子信息学研究现状,并对未来可能的研究方向进行了展望。首先,介绍了量子信息学的基本概念和原理。然后,针对量子通信,分析了典型量子通信技术在新型电力系统中的适用性,并从远距离信息传输、多主体通信、统一标准化和专用研发平台4个方面了梳理电力系统中量子通信的研究现状;针对量子计算,从线性代数运算、优化问题求解、机器学习和参数估计等方面阐述归纳了量子算法的基本原理及其在电力系统中的研究现状。最后,面向新型电力系统中量子信息学的应用前景进行了展望,并提出了电力系统中量子信息学的发展建议。

N量子比特系统的纠缠判据

在前文(2019 Int. J.Mod.Phys.B 33 1950197;2020 Int.J.Mod.Phys.B 34 2050022)中,我们提出了一种判断2量子比特系统纠缠的方法,2量子比特系统可分的充分必要条件是相关系数为正且主密度矩阵可分,否则系统纠缠.在本文中,通过数值计算与讨论,先将2量子比特系统纠缠判据的方法推广到3量子比特系统中去;接着,继续将3量子比特系统推广到N量子比特系统中去.这是一个复杂而有趣的问题.

基于量子行为和Lévy飞行改进野狗算法的SCR脱硝系统模型辨识

传统野狗优化算法搜索范围有局限性,寻优结果往往不是全局最优,针对此问题,提出一种基于量子行为和Lévy飞行的改进野狗优化算法(Quantum Dingo Optimization Algorithm,QDOA)。量子行为赋予种群移动轨迹和速度的不确定性,使算法的搜索范围可覆盖整个可行空间;Lévy飞行策略的随机步长性,克服算法迭代后期易陷入局部最优问题,提升了求解精度。通过基准测试函数进行性能测试,QDOA相较其他几种算法在准确性、精度方面表现突出。应用QDOA对宁夏某电厂660 MW燃煤机组选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction,SCR)脱硝控制系统高负荷段、中低负荷段现场数据进行模型辨识,建立了SCR脱硝系统阀门开度与入口氨气流量、入口氨气流量与出口NOx质量浓度之间的传递函数,经检验辨识后的模型能较好地反映该SCR脱硝控制系统的动态特性,证明了该算法的可行性。

基于变分量子算法的电力系统潮流计算

量子计算具有经典计算技术无法比拟的超强并行计算处理能力。因此,该文研究量子计算在电力系统潮流计算中的应用。针对电力系统未来的需求以及考虑到当下量子计算机的特点,采用变分量子算法来解决电力系统潮流问题。从目标函数的建立、基本量子测试电路的搭建以及变分电路的设计,构建适合于电力系统潮流计算的变分量子模型。最后,利用量子模拟器以及真实量子计算机在IEEE系统上测试变分量子算法的有效性。

基于位平面分解的量子彩色图像加密方案

一般的量子图像加密算法虽然能达到加密效果,但需要的量子比特数较多,计算复杂度较高,为优化这一问题,提出了一种位平面分解的量子彩色图像加密方案。首先,采用一种位平面序信息单独编码的彩色数字图像量子表示模型(quantum representation model of color digital image,QRCI)来表示图像,利用量子交换门设计一种量子位交换操作,并作用于彩色图像中,对图像像素进行置乱,同时再对图像进行颜色通道交换操作。其次,对位平面序列进行反序操作,进一步加强置乱效果。接着,利用安全散列算法(secure hash algorithm 256,SHA-256)产生的哈希值来确定混沌系统的初始值。最后,利用混沌系统产生的序列对图像进行扩散,完成加密过程,形成加密图像。数值分析表明,相较于以往的加密方案,此方案大大降低了彩色图像存储时所需的量子比特位数,同时其密钥空间大,灵敏度高。仿真结果表明,该方案加密效果好,能抵御大部分常见的攻击。