1. 研究目的与意义
| （一）课题研究的现状及发展趋势 近年来量子计算发展迅猛，但是仍然存在许多的问题，量子消相干，量子纠缠，量子并行计算，量子不可克隆。如何提高量子线路的保真度的也一直是量子计算相关问题的研究重点之一。 在我国量子计算的重要性越来越显现出来，并被更多人所认识，例如之前的火热的九章量子计算机。量子计算也作为国家科技战略在“十三五规划”和“十四五规划”中被提及。随之而来的，将会是一波量子计算的学习潮。量子计算平台作为接触和研究量子计算的最基本途径，国内外各大科技公司早已在此方面做出应对，发布了各自的量子计算的云平台。目前国内外已开放使用的量子计算云平台有IBM Quantum Experience(以下简称IBMQ)、本源量子云平台、华为HiQ量子计算软件云平台等。 （二）本课题研究的意义和价值 量子计算被认为是最具前景的计算和通信技术之一，其具有并行、可逆以及无条件安全等特性，在复杂计算和安全通信等多个领域均被证实具有超越经典计算的潜力。目前国际社会上已有不少与量子计算相关的公司，并且随着物理技术的不断革新，量子计算在近些年取得了巨大的进展，并且有加速普及的趋势。而相关的量子计算平台作为各大科技公司展示其量子计算水平的方式、作为目前人们学习和研究量子计算最得力的工具来说，其重要性不言而喻。 然而，略有遗憾的是，由于量子计算的重要性日趋显著，国外目前的量子计算成果并不是可以随意分享给国内使用的，这一点在量子计算平台上便有体现。国内在量子计算方面由于起步较晚，技术较为落后，且量子计算学习和研究相关的体系还不够健全，无法满足国内研究者的需求。而当国内研究者需要访问国外的量子计算平台时，多多少少都会受到一定的限制，甚至是封锁，例如，谷歌公司的OpenFermion平台在国内无法访问，IBMQ平台上的真实量子计算机从原先的部分开放发展到现在的对国内禁止开放。在最基本的量子计算平台方面，国内仍然处于落后并且数量较为稀缺的状态。 针对这一现象和问题，同时响应国家战略计划号召，量子计算平台的开发将有助于国内量子计算的发展，为国家科技进步添砖加瓦。 （三）主要参考文献： [1] 郭光灿.量子信息技术研究现状与未来[J].中国科学:信息科学,2020,50(09):1395-1406. [2] 郭光灿.量子信息技术研究现状与未来[J].中国科学:信息科学,2020,50(09):1395-1406. [3] 郭光灿,陈以鹏,王琴.量子计算机研究进展[J].南京邮电大学学报(自然科学版),2020,40(05):3-10.DOI:10.14132/j.cnki.1673-5439.2020.05.002. [4] 黎海生. 量子图像处理关键技术研究[D].电子科技大学,2014. [5] 周正威,涂涛,龚明,李传锋,胡勇,杨勇,郭光灿.量子计算的进展和展望[J].物理学进展,2009,29(02):127-165. [6] Biswal L,Bandyopadhyay C, Wille R, et al. Improving the Realization ofMultiple-Control Toffoli Gates Using the NCVW Quantum Gate Library[C].International Conference on VLSI Design International Conference onEmbedded Systems. IEEE, 2016. [7] Miller D M , Soeken M, Drechsler R . Mapping NCV Circuits to Optimized Clifford T Circuits[M]Reversible Computation. Springer International Publishing, 2014. [8] 李盼池.基于量子位Bloch坐标的量子遗传算法及其应用[J].控制理论与应用,2008,25(06):985-989. [9] Nabila Abdessaied,Rolf Drechsler. Reversible and Quantum Circuits Optimization and ComplexityAnalysis[M], Springer Nature, 2018. [10] 何金凤,管致锦,程学云,郁可人,徐明强.基于NCV门的量子电路故障的检测与定位[J].量子电子学报,2015,32(02):161-169. [11] Biswal L, BandyopadhyayC, Wille R, et al. Improving the Realization of Multiple-Control ToffoliGates Using the NCVW Quantum Gate Library[C]. International Conference onVLSI Design International Conference on Embedded Systems. IEEE, 2016. [12] Sergio Boixo, SergeiV Isakov, Vadim N Smelyanskiy, et al. Characterizing quantum supremacy innear-term devices. Nature Physics, 14(6):595, 2018. [13] Gushu Li,YufeiDing,Yuan Xie. Tackling the Qubit Mapping Problem for NISQ-Era QuantumDevices[P]. Architectural Support for Programming Languages and OperatingSystems,2019. [14] 程学云,管致锦,徐海,谈莹莹,刘洋.基于MCT可逆线路的量子线路近邻化排布[J].电子学报,2018,46(08):1891-1897. [15] G. Aleksandrowiczetal., “Qiskit: An open-source frameworkfor quantum computing”, 2019. [16] 张辉,李蕾,窦猛汉,方圆.量子计算与人工智能[J].自然杂志,2020,42(04):321-330. [17] 国内首个超导量子计算云平台上线[J]. 信息网络安全, 2020, 20(10):102. [18] 管致锦. 可逆计算中逻辑综合若干问题研究[D].南京航空航天大学,2008. [19] 鹿玉,管致锦,程学云,谈莹莹,张宗源.基于矩阵变换的线性最近邻量子线路综合与优化[J].电子学报,2018,46(03):688-694. [20] 张峰.应用SpringBoot改变web应用开发模式[J].科技创新与应用,2017(23):193-194. [21] 兰旭辉,熊家军,邓刚.基于MySQL的应用程序设计[J].计算机工程与设计,2004(03):442-443 468.DOI:10.16208/j.issn1000-7024.2004.03.037. [22] 李艳民. 基于Qt跨平台的人机交互界面的研究和应用[D].重庆大学,2007. [23] 徐雯,高建华.基于Spring MVC及MyBatis的Web应用框架研究[J].微型电脑应用,2012,28(07):1-4 10. |
2. 研究内容和问题
通过本课题的研究，设计出一个用于量子电路运行结果验证的实验性工具，整合了编辑量子电路、分解/近邻量子电路、模拟噪声、运行量子电路等量子计算方面的所有基础性功能，并且一定程度地支持电路和结果的可视化，另外还包括运行 记录管理的功能，且不联网也可以使用。
本作品利用 IBM 公司发布的开源量子计算软件开发框 Qiskit进行开发，为了后期维护的方便和开发语言的统一，我们选择 Python 作为项 目的开发语言，界面则采用 Python 的 Qt 框架 PySide2(Qt for Python)进行开发，服务器端采用Spring Boot框架并使用MySql数据库进行数据管理。
本作品与上文中提到的现有的大型量子计算云平台相比，具有轻量化，使用方便，适用场景灵活，跨平台可移植，并且能够调动用户计算机的性能等特点，大大减少了学习者、研究者学习或研究量子计算的成本，提高了其学习、研究量子计算的效率。
3. 设计方案和技术路线
（一）研究方法
1．查阅文献和阅读专业书籍：搜集查阅有关可逆逻辑线路设计和加密技术的文献资料。对资料进行归纳、整理、分类、分析，得出相关的研究成果，为本论文的研究奠定理论基础。
2．对项目的研究内容和实现目标进行系统分析法。以保证对课题进行分析、设计和实现具有较好的逻辑性、科学性、可行性。
4. 研究的条件和基础
本课题的指导教师长期从事科学研究工作。
对课题的相关研究内容有比较深刻的了解，对相关内容具备一定的指导经验。
选择该设计课题的学生具备了相关研究的计算机基础，并具有一定计算机编程和计算能力、英文文献的阅读能力和文献检索能力；学校图书馆和校园网能够找到相关的图书文献资料。
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