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量子计算机中的数据库处理

刘洋  
【摘要】: 在量子计算机中,数据库处理过程作为信息传输和信息处理的基本过程,一直是人们关注和研究的焦点。本文主要涉及量子数据库处理的四个方面,即量子线路的解析表示、在量子计算机上实现的数据库处理算法、利用对偶计算进行的数据库处理和非线性光学量子计算方案。 在量子线路方面,本文提出两种新的理论方案。第一种是任意量子完全受控门的解析分解方案,此方案以通用量子门的形式分别给出了指数复杂度和多项式复杂度的量子线路图和解析分解结果。第二种方案是基于量子逻辑门分解的纠缠Bell态、GHZ态和W态量子分析器方案,为在实验上制备和测量典型纠缠态提供了新的思路和方法。 在量子数据库处理算法方面,本文提出了五种新的算法,包括仅需一次查询实现的平均叠加态单目标态的量子删除算法、任意叠加态多目标态的广义量子删除算法、大数据库单目标态的近似量子删除算法、量子插入算法和广义确定性量子搜索算法。前四种算法与经典算法相比,可以实现计算的指数加速。后一种算法是对现有的确定性量子搜索算法的推广和改进,具有更广的适应范围和更高的搜索效率。 在利用对偶计算进行的数据库处理方面,本文提出在量子计算机上模拟对偶计算的模式,包括模拟2路对称对偶计算机的对偶模式和模拟多路非对称对偶计算机的广义对偶模式,进一步给出量子力学所允许的广义对偶门的概念。本文还提出三种在量子计算机上利用对偶模式实现的算法,即平均叠加态单目标态的定点搜索算法、平均叠加态单目标态的定点删除算法和任意叠加态多目标态的定点删除算法。 在非线性光学量子计算方面,本文提出一种利用Mach-Zehnder干涉仪、旋光器件、非线性正单轴晶体和负单轴晶体实现的量子计算方案。在理想的实验条件下,此方案是确定性或近确定性的。


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