Grover量子搜寻算法的线性光学实现

利用线性光学元件和单光子来编码量子比特,可给出Grover量子搜寻算法的光学实现方案。该方案可以推广到多个量子比特的情况。

三个量子比特的Grover量子搜寻算法的核磁共振实现

Ｇｒｏｖｅｒ量子搜寻算法是一种重要的量子算法．本文利用核磁共振模拟机首次实现了三个量子比特（ｑｕｂｉｔ）的 Ｇｒｏｖｅｒ搜寻算法．讨论了量子计算机确实比经典电子计算机有效．

基于Grover量子搜索算法的MD5碰撞攻击模型

量子计算天然的并行性使其在密码学领域具有巨大潜力,而在信息安全领域,Hash函数的安全性至关重要。因此,后量子密码学概念的提出使得Hash函数在后量子时代的研究价值凸显。文章提出了一种基于Grover量子搜索算法的MD5碰撞攻击模型,运用模差分分析法,通过对输入的量子叠加态进行约束搜索以找到满足碰撞条件的目标态,再根据差分构造出与之相碰撞的消息。此外,文章探讨了量子搜索算法中的迭代过程及其关键操作,设计了相应的Oracle黑盒的量子线路,并对其进行性能分析,结果表明,与经典算法相比,该模型显著降低了攻击的计算复杂度,为后量子密码时期Hash函数的研究提供了新的思路和方法,也为防御此类攻击提供了有益参考。

Grover量子搜索算法在“嵩山”超级计算机系统中的模拟

量子计算凭借其叠加性和纠缠性,具有强大的并行计算能力。然而,目前的量子计算机不能在保证大规模量子比特处于稳定叠加态的同时,进行干涉、纠缠等量子操作。因此,当前研究和推动量子计算的有效途径是使用经典计算机模拟量子计算。Grover量子搜索算法针对无序数据库搜索问题设计,将搜索的时间复杂度加速至开平方级,能加速机器学习中的主成分分析。因此,研究和模拟Grover算法,可以促进量子计算与机器学习结合领域的发展,为Grover量子搜索算法的应用以及量子机器学习在“嵩山”超级计算机系统中的模拟奠定基础。通过研究Grover量子搜索算法,模拟出了算法的量子线路。使用Toffoli量子门优化该量子线路,在减少了两个辅助量子比特的同时,提出了Grover算法的通用量子线路。实验基于“嵩山”超级计算机系统的CPU+DCU异构体系,使用了MPI多进程+HIP多线程的两级并行策略。通过调整辅助比特在量子线路中的位置,减少了MPI进程间的通信;使用分片的方式传输数据依赖的量子态。对比串行版本,并行化的模拟算法取得了最高560.33倍的加速,首次实现了31qubits规模的Grover量子搜索算法。

量子均值估计算法研究进展

随机变量的均值估计问题一直是经典数据分析中研究的热点,均值估计算法的目的是通过对随机变量尽可能少地采样从而获得尽可能准确的均值估计值。量子计算作为一项革命性的技术,在一些问题上具有超越经典计算的优势。量子算法在均值估计问题上相对于经典算法具有平方加速,展现了量子计算的优越性。该文系统梳理了量子均值估计算法的发展历程,详细介绍了各阶段的算法流程及其优缺点,并对其主要应用场景进行了展示,最后讨论了量子均值估计算法的潜在发展方向。

量子计算模型下PFP算法的安全性分析

量子技术的快速发展和量子计算效率的不断提高,以及Shor算法和Grover算法的出现,给传统公钥密码和对称密码的安全性造成了较大威胁。因此,基于Feistel结构设计的分组密码PFP算法,首先将轮函数的线性变换P融入Feistel结构的周期函数构造,推导得到PFP算法的4个5轮周期函数,比选择明文攻击模型下典型Feistel结构的周期函数多2轮,并通过实验验证正确性;进一步地,以其中一个5轮周期函数作为区分器,结合量子Grover算法和Simon算法,通过分析PFP密钥编排算法的特点对9、10轮PFP进行了安全性评估,得到正确密钥比特需要的时间复杂度为2^(26)、2^(38.5),需要的量子资源为193、212个量子比特,可以恢复58、77比特密钥,优于已有不可能差分分析结果。

Grover量子搜索算法的线路优化

Grover算法是能够高效查找到目标态的量子搜索算法,但随着搜索数据量的增大,它的量子线路面临着复杂的门分解问题。在如今的NISQ时代资源非常有限,因此线路的深度成为一种重要的度量标准。介绍了一种基于分治思想的二阶段量子搜索算法,能够在量子计算机上快速地并行运行。提出一种线路优化方法,应用块级的Oracle线路来减少迭代次数。将该方法与分治思想相结合,提出2P-Grover算法。在量子计算框架Cirq上进行模拟实验,与Grover算法进行对比。实验结果表明,2P-Grover算法能够使线路的深度至少减少60%,并且保持了较高的搜索成功率。

改进的KLEIN算法及其量子分析

KLEIN自提出之后经历了截断差分分析、积分分析等攻击,加密结构具有实际安全性,但是由于密钥扩展算法的脆弱性导致了全轮密钥恢复攻击。首先,修改密钥扩展算法,提出一种改进后的算法N-KLEIN;其次,采用in-place方法对S盒进行高效量子电路实现,减小了电路的宽度和深度,提高了量子电路的实现效率;再次,使用LUP分解技术实现混淆操作的量子化;继次,对N-KLEIN进行量子电路设计,提出全轮N-KLEIN的高效量子电路。最后,评估N-KLEIN算法量子实现的资源占用,并与PRESENT、HIGHT等现有的轻量级分组密码的量子实现占用资源进行对比;同时,基于Grover算法对密钥搜索攻击所需要的代价进行深入研究,给出Clifford+T模型下N-KLEIN-{64,80,96}使用Grover算法搜索密钥需要的代价,并评估了N-KLEIN的量子安全性。对比结果表明,N-KLEIN算法量子实现的成本明显较低。

量子Grover算法及其在遍历搜寻中的应用

介绍了量子Grover 算法的原理与实现,以及它在遍历搜寻问题中的应用;

基于Grover算法的图着色问题求解

Grover量子搜索算法是针对非结构化搜索问题设计的著名量子算法,可用于解决图着色、最短路径排序等问题,也可以有效破译密码系统。图着色问题是最著名的NP-完全问题之一,文中首先将图着色问题转化为数学上的无向图;然后采用布尔表达式将其转换为布尔可满足性问题,介绍了量子线路图解决布尔表达式的步骤原理以及图着色问题向布尔可满足性问题的转换过程;最后在IBMQ云平台上,对三节点的2-着色问题以及4-着色问题进行模拟仿真。实验结果验证了使用Grover算法求解图着色问题的可行性,在搜索空间为8的2-着色问题和搜索空间为64的4-着色问题中,分别以近82%和97%的成功概率搜索到目标项。文中使用Grover算法解决了4-着色问题,拓展了该算法在此问题领域上的实验规模,且改进了现有实验的量子线路,使量子位成本更低,结果的成功率更高,展示了Grover算法在大型搜索问题中显著的加速效果。

Grover量子搜索算法及改进

简单地介绍了量子搜索算法中的相位匹配条件、改进的成功率为 10 0 %的量子搜索算法和量子搜索算法中的主要误差等 .

一种改进的Grover量子搜索算法

Grover量子搜索算法以O(N^(1/2))的时间复杂度进行非结构化数据库穷举搜索,但当问题的解的个数增加,得到解的概率反而减少.本文分析了这种现象的原因,并提出了基于扩大搜索空间的改进算法.同时,为了在成功概率与迭代次数之间折中,增加一个新参数i使得算法可调。求逆问题的仿真实验表明该方法在同等迭代次数的条件下,成功概率高于传统Grover算法;且如果迭代次数不限,则成功概率可以更高。因此,本文算法更加有效。

基于Grover量子中间相遇搜索算法的ECC攻击错误bit的修正

在现有的针对ECC的侧信道攻击中,密钥出现错误bit难以避免,且无法快速修正。文章将Grover量子搜索算法和中间相遇攻击相结合,提出了一种新的搜索算法——Grover量子中间相遇搜索算法,并将其应用于针对ECC的侧信道攻击中。该算法可以在O(N/M)^(1/2)步修正规模为N且存在M个错误bit的密钥,与传统搜索算法的计算复杂度O(N^(M+1))相比较,计算复杂度大幅度降低。通过对算法进行分析表明,该方法能够以成功率1修正ECC攻击中出现的错误bit。

无线自组织量子通信网络的Grover路由算法研究

介绍了无线量子通信网络的发展和无线量子通信网络中的路由算法.路由度量基于相邻节点间的纠缠量子对数目.结合Grover量子搜索算法,在限定跳数内搜索路由度量最大的路径作为目标解径,以避免量子信道因纠缠量子对的消耗而断开.路径搜索成功后,节点采用两端逼近的方法建立起量子信道,实现从源节点到目的节点的量子态的传递.采用Grover算法的路由搜索保证了成功率,降低了量子通信网络的网络计算量,使路由搜索快速收敛.

一种Grover量子搜索算法的改进策略

在使用Grover量子搜索算法对给定规模的数据库搜索时,随着搜索目标数的增加,获得正确结果的概率大幅度下降.分析了出现这种现象的原因,提出了一种基于新的相位匹配条件的改进策略.在新的相位匹配条件中,使2次相位旋转的大小相等方向相反.当要搜索的目标数目多于记录总数的1/3时,应用改进后的算法只需一步搜索,能以至少25/27的概率得到全部搜索目标.实验证明这种策略是有效的.

基于自适应相位旋转的Grover量子搜索算法

在使用Grover量子搜索算法对给定规模的无序数据库搜索时,随着搜索目标数的增加,获得正确结果的概率大幅度下降。分析了出现这种现象的原因,研究了算法中的Grover叠代过程,提出了一种新的自适应相位旋转策略。应用这一策略,当搜索目标数超过目标总数的(3-5^(1/2))/8时,只需两步搜索;当搜索目标数超过目标总数的1/4时,只需一步搜索,即可获得恒等于1的成功概率。实验表明新相位旋转策略是有效的。

Grover量子搜索算法的模拟实现

将一种用于量子计算仿真的量子程序设计语言引入Grover量子搜索算法中,并在Linux操作系统中模拟实现该算法。仿真结果与理论分析结果的一致性验证了Grover量子搜索算法可以将搜索问题从经典的N步缩小到N^(1/2)步,是对经典搜索算法的二次加速。同时,量子程序设计语言的引入,为量子搜索算法的研究提供了一种强大、简便、通用的工具。

基于超导量子比特网络的Grover搜索算法实现方案(英文)

提出一个改进超导电路结构,此结构能实现量子计算所必需的任意两量子比特之间的长程作用,此结构能用目前技术制作.其次,基于此结构提出Grover搜索算法实现的物理方案.由于能实现任意两量子比特之间的控制相位门,所以多比特Grover搜索算法也能实现,从而满足各种量子计算的需要.此方案是一个基于电流控制的超导电荷比特网络结构的Grover搜索算法实现方案.

Grover量子算法在搜索无序数据库最小值中的应用

Grove量子搜索算法利用了量子态的并行计算的特性,具有高效的搜索效率,因此得到了深入研究和广泛应用。详细分析了Grover量子搜索算法的原理和性能,通过仿真验证了该算法的搜索效率。研究了改进的Grover算法及其在无序数据库搜索中的应用,给出了一种求无序数据库最小值的量子算法。仿真试验表明,相对于常规搜索算法,该算法在保证高搜索成功概率的同时,大大减少了搜索次数,时间复杂度仅为O(N～1/2)。

多量子位Grover量子搜索算法的NMR仿真实现

核磁共振(NMR)技术目前是能有效实现量子计算的物理体系之一。多量子算符代数理论可以将幺正变换分解为一系列有限的单量子门和对角双量子门的组合。本文以核磁共振和多量子算符代数理论为基础,提出了实现多量子位Grover量子搜索算法的核磁共振脉冲序列设计方法,并在量子计算仿真程序上进行了3量子位的Grover量子搜索算法的实验验证。