论文研究-辅助量子比特驱动型通用盲量子计算.pdf

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应用量子隐形传态将Broadbent等人提出的通用盲量子计算(universal blind quantum computation)模型和辅助量子比特驱动型量子计算(ancilla-driven universal quantum computation)模型进行结合,构造一个新的混合模型来进行计算。此外,用计算寄存器对量子纠缠的操作来代替量子比特测量操作。因为后者仅限于两个量子比特,所以代替后的计算优势十分明显。基于上述改进,设计了实现辅助驱动型通用盲量子计算的协议。协议的实现,能够使Anders等人的辅助驱动型量子计算增强计算能力,并保证量子计算的正确性,从而使得参与计算的任何一方都不能
第3期 杨宸,等:辅助量子比特驱动型通用盲量子计算 831 本文使用通用门的几个元素,以及任意一个一维量子比特示的模拟方式,对该辅助量子比特|+x)进行第二次测量,并 门U和∧X能实现的门模式,一个西阵和∧X能实现的门模式将测量结果。2发送给Mle。 由图2来表示,任意量子回路都可以实现的通用门模式的构成 ③Aice在接收到Bob的消息之后,如果旋转算子为R 由图3来表示。 (日1),令k=,如果旋转算子为R(1),令k=,;随即选择一个 R2()Ra)●[R()R0 r1,r1∈10,1},计算c1=q1-(-1)26+rm的值,并将φ,发 送给Bob R6)R9 R02) ①Bob使用φ1的值进行第三次测量,之后将测量结果s3 图2一个任意的酉阵和∧X能实现的通用门模式 发送给 Alice。 oH□ ⑤ Alice收到消息之后,若r=1,将s,进行反转,其他情 况,令$11=0,根据式(1)(2)的计算方式,更新(i1)。 (2)∧Z,r的模拟 ①Ro根据图1(c),使用任意的辅助量子比特进行全部 的测量,将测量结果(s1,s2,s3,s4)发送给 Alice Alice按照式(1)(2),对(i)(i)进行更新 0 定理2正确性根据上面的协议, Alice和Bob可以进行 正确的量子计算 图3任意量子回路能实现的通用门模式 定理3安全性在本协议中,除了输入量的大小L和回 个量子比特门U可以表示为U=R(a)R2(β)R2(y)或路的深度以外的信息都不会泄露。 者U=R2(x)R,(B)R(y)1,1,任意的一个一维量子比特门 Alice发送给Bob的量子状态,对于Bob来说是最大的混 可以由{R(a),R(B)}或{R(a),R2(B)}合成,想要使用 合状态。基底的角度为φ=φ’+(-1)2B-r丌,其屮φ被作为 个量子比特门进行计算,只需要调整输入参数α、β、y即可,所基底的角度发送给Bob,而这个角度对于Bob来说是随机的 以图2所示的量子比特门模式具有通用性。 所以该协议不仅保证了协议的正确性,也保证了协议的安 图3所示的通用门模式由图2实现的通用门串并联而成,全性。 所以同样具有通用行,而串并联的个数不同,使得图3可以实 现任意量子比特的通用门模式。 3结束语 定理1通用性图3表示的门模式是通用的量子计算。 本文有两个优点:a)使用ADQC计算寄存器代替了量子 2通用盲量子计算 纠缠态的计算;b)仅通过测量TTQC来进行计算的方式,体现 了量子在传输过程中的计算优势,可以完仝不必担心在传输的 通用门模式中的通用门集合每个元素的测量有着板强的过程中有人通过拦截或者测量的方式来获取信息。在木文所 灵活性。为了表示通用门模式,本文提出了一个协议来执行通阐述的协议中的量子计算属于基于测量的自我发现,木文提出 用旨量子计算,这个协议可以使得协议双方在计算的过程中相了一个协议来解决量子计算中的安全问题应用盲量子计算的 互保密,从而也实现了两方的安全计算 方法来实现利用辅助量子比特驱动来进行的通用盲量子计算。 为了描述钓简沽性,在协议中, Alice每次给Bob发送消息 本文所述的辅助量」比特驱动型通用盲量∫计算协议实 都使用辅助量子比特、并通过每个门的模拟来将自己的信息进 现了两方通信和计算的安全性,在多方保密计算领域,要实现 行转换,用回路的深度决定目的地协议执行的前半部分可以的不仅仅是两方的安全,而是三方以及更多协议执行方的安 直接用辅助量子比特来发送消息,以下是协议的描述。 全,如何在量子计算的过程中不被干扰,提高协议执行的效率 协议:通过辅助量子比特驱动的通用盲量子计算 并实现∵方或者一方以上协议方的安全,仍然是个需要继续 1)Aice和Bob的准备 假设客户 Alice选择长度为l的计算寄存器|)k来为深入研究的问题 Bb发送消息。ob作为服务器端,同样准备一个长度为L的参考文献: 计算寄存器。对每个量子比特都用泡利z门进行测量,测量1 BROADBENTA, FITZSIMonS J, KASHEFI H. Universal blind 的结果表示为S,l∈1,2…,L},并将结果作为消息发送给AI quantum computation C]//Proc of the 50th Annual IEEE Symposi- ice。 Alice对每个量子比特进行泡利校正,然后将ZY的表示 um on Foundations of Computer Science. 2009: 517-526 值(i,)初始化为(l1,0) [2 RAUSSENDORF R, BRIEGEL H J. A one-way quantum computer 2)进行交互式测量 LI. Physical Review Letters, 2001, 86(22): 5188-5191 根图3所示的通用门模式B,将每列量子门按照图[3.CH1BsAM,1 EUNG D W, NIELSEN M. Unified derivation 所示的测量方法来将信号进行模拟。 Review A,2005,71(3):032318 (1)R(O1)、R(B1)的模拟 [4 NIELSEN M A. Quantum computation by measurement and quantum ①Aice随机选择一个辅助量子比特l+x〉,p;∈[0,2π) memory[ J. Physics Letters A, 2003, 308(2): 96-100 并将它发送给Bob [5 PERDRIX S. State transfer instead of teleportation in measurement ②o接收到该辅助量」比特之后,R3()的场合,利用 based quantum computation[ J]. International Journal of Quantum 图I(a)所示的模拟方式,R2(b1)的场合,则根据图I(b)中所 Information,2005,3(1):219-223 (下转第838页 838 计算机应用研究 第31卷 达状态标志的瞬时概率表示为P[M:](t)=x1(1),稳态概率表规则,给出一个基于BPEL业务流程描述的组合服务到一般随 示为PM,]=σ,由统计数据得该组合服务的变迁回报率分机 Petri网的转换实例,设计了二维多层次的服务组合可靠性 别为π1=0.95,2=0.90,r3=0.75,厂4=0.85,=0.90,r6=0.评估架构,给出了组合云服务可靠性评估计算方法。最后对文 ,r7=0.89,r3=0.%8,r=0.男3,r0=0.89,r1=0.85,r2=0.中提出的可靠性评估方法进行了应用示例分析,结果表明,提 卯7,r13=0.82,r1=0.93,n5=0.86,r6=0.92,r1=1.00;实施出的可靠性评估模型具有较好的动念适应性和灵活性,能有效 的变迁速率为A1=8,A2=4,A3=1,A4=3,A5=1,A6=2,A 满足云服务的可靠性评佔需求。为了能够在更加逼近真实的 4,Ax=2,A=1,λ=6,λ1=2,A1=2,λ1;=1。根据马尔可夫云服务环境中应用木文提出的评估方法对动态变化的云服务 链的遍厉性得到线性方程组 可靠性进行分析,将进一步基于现有的云计算服务应用平台搭 建实验坏境对模型进行仿真验证。 11≤i≤n 参考文献 求解以上两个方程组即可得到 [1 ALVES A, ARKIN A, ASKARY et al. Web services business P[M1]=丌1≈0.08106;H[M2]=丌2≈0.03138; process execution language, version 2.0, OASIS standard S/OL] P[M3]=73≈0.01458;P[M4]=丌4≈0.02386 http://docs.oasis-open.org/wsbpel/2.0/os/wsbpel-v2.0-0s.ht- P「M51=rs≈0.07546;P「M61=丌6~0.06725 P[M2]=丌7≈0.03758;P[M8]=丌8≈0.10237; [2]钟读杭.Wc服务组合的可靠性预測研究[D].长沙:国彷科学技 P「M1=丌9≈0.04328;P「M1y1=丌1≈0.05289 术大学,2007 PLM1」=11≈0.03798;PLM12」=丌12≈0.11255; [3 Van DERALST W M P, Van HEE K M, RELJERS H A. Analysis of P[M13]=13≈0.05325;PM14] P[M15]=丌s≈0.06537;P[M161=丌16≈0.02358; distrele-time stochastic Petri nets[ J. Statistica Neerlandica, 200U P[M17]=丌 [4 MACHADO A CC, FERRAZ C A G.IwSPerf: a performance 则组合服务在执行过程中不发生失效概率(即在稳态下 benchmarking utility with support to multiple Web services implemen 的期望回报率)为EX]=∑rm:=0.9181 ations C//Proc of AICt-ICIW on Telecommunications. 2006: 159 由组合云服务的瞬态概率EX()1=.n()分析,可 以得到该在线购买商品组合服务可靠性作为时间的函数,如图[5 CHEN,YANB,CJ, al. Evalualion and modeling of Web ser 6所示。 vices performance C |//Proe of International Conference on Web Services.2006:437-444 ◆◆◆ 0.95 0.9 [6 LALLALI M, ZAIDI F, CAVALI A. Timed modeling of Web services composition for automatic testing[ C//Proc of the 3rd International IEEE Conference on sItis. 2007. 417-426 0.65 015304560759010512013515 [7 KOIZUMI S, KOYAMA K. Workload-aware business process simula- 图6在线购买商品服务的可靠性 tion with statistical service analysis and timed Petri net[ c// Proc of 该例表明本文提出的云服务组合的可靠性动态评估模型 International Conference on Web Services. 2007:70-77 能够动态、高效地对组合服务的可靠性进行评什。利用随机 8 GONCZY L, CHIARADONNA S, GIANDOMEN ICO FD. el al.De- Pei网可以方便快速地建立组合服务系统的可靠性评佔模 pendability evaluation of Web gervice-based processes[C ]//Proc of the3 rd EPEW.2006:166-180 型,并对共进行定性描述和定量分析,由随机Pemi网模型同构 [9 ZARRAS A, VASSILLADIS P, ISSARNY V. Model-driven depend 的马尔可夫链可以的从实验结果可以清晰地看出组合服务系 ability analysis of Web services[ C.//Porc of OTM Confederated In- 统可靠性随时间的变化情况。 ternational Conference. 2004. 1608-1625 [10 CHEN Feng, REN Chang-rui, WANG Qin-hua, et al. Research on 4结束语 stateful Weh service modeling based on extended Petri nel[C]//Proo of International Joint Conference on Service Sciences. 2011: 27-31 本文针对云服务组合可靠性评估的需求,提出了一种二维 [1]门鹏,段振华。广义随机P网下的组合We服务建模与评价 多层次的服务组合可靠性评估方法。针对云服务体系结构下 「J].西安交通大学学报,2008,42(8):967-971 的业务流程进行分析,提出了组合云服务流程网模型,阐述了 12 LIN C. Stochastic Petri net and system performance evaluation[M] 将BPEL的基本活动和结构化活动转换为 CCSPNet网模型的 Beijing Tsinghua University Press, 2005: 293-294 (上接第831页) [9 ANDERS J, OI D K L, KASHEFI E, et al. Ancilla-driven universal [6 JORHAND P, PERDRIX S. Unifying quantum computation with pro quantum computation [J]. Physical Review A, 2010, 82(2): jective measurements only and one-way quantum computation[c// 020301 Proc of International Society for Optics and Photonics. 2005 44-51 [IU LEUNG DW. Two-qubit projective measurements are universal for [7 PERDRIX S. Towards minimal resources of measurement-based quan- tum computation[ J]. New Journal of Physics, 2007, 9(6): 206 quantum computation, NSP-ITP-01-174[R/OL].(2002-04-09)ht [8] TAKAHASHI Y. Simple sets of measurements for universal quantum tp: //arxl v. org/abs/ quant-ph/01111 computation and graph state preparation[J]. Intemational Journal of [11 LEUNG D W. Quantum computat ion hy measurements[J]. Interna Quantum Information, 2010, 8(6): 1001-1012 tional Journal of Quantum Information, 2004, 2(1): 33-43

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2019-07-22
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