玻色采樣過程的經(jīng)典及量子模擬研究.pdf

1、量子計算在理論上展示出較經(jīng)典計算指數(shù)加速的計算能力，而玻色采樣過程已成為有望在實踐上首先驗證此能力的研究對象。量子算法較經(jīng)典算法達到了指數(shù)級別的加速，典型的例子就是Shor大數(shù)質(zhì)因子分解算法。然而，由于運行量子算法的“通用”量子計算機的實現(xiàn)需要完成量子邏輯門等對量子態(tài)的精確操控，目前的技術(shù)水平尚難以實現(xiàn)包含較大規(guī)模量子比特的物理裝置。而2010年提出的玻色采樣過程為驗證量子計算具有超越經(jīng)典計算的能力提供了新的思路。由于玻色采樣過程將計算

2、需要的信息編碼在玻色子(如光子)的粒子數(shù)態(tài)上，在不需要實現(xiàn)量子門的情況下，也能夠展示出經(jīng)典計算無法比擬的計算能力。因此玻色采樣被認為是驗證量子計算強大計算能力的研究典范，吸引了國際上的廣泛關(guān)注。
　　“量子模擬超越經(jīng)典模擬的最小規(guī)?！?、“玻色采樣過程中演化矩陣的構(gòu)造”等是玻色采樣研究中的關(guān)鍵問題。針對前者，本文研究了玻色采樣過程在目前最快的經(jīng)典計算機——“天河”二號上的經(jīng)典模擬，力求得到在“天河”二號上模擬玻色采樣過程的性能極限；

3、針對后者，本文研究了玻色采樣光學網(wǎng)絡的構(gòu)造問題，進行了玻色采樣實驗。
　　本文的主要工作和貢獻如下：
　　1.設計實現(xiàn)了玻色采樣經(jīng)典模擬并行程序，并在“天河”二號上進行了大規(guī)模的并行測試。實測表明，使用了13,000個節(jié)點，計算核心數(shù)達312,000個時，求解的最大問題的矩陣規(guī)模達到48。
　　2.基于“天河”二號的體系結(jié)構(gòu)特點，本文設計并實現(xiàn)了基于 CPU與MIC(Many Integrated Cores)架構(gòu)的異

4、構(gòu)并行程序。針對MIC中的512位的向量處理部件，利用向量指令對代碼進行向量化。實測表明，MIC較CPU達到1.7倍的加速比。
　　3.設計實現(xiàn)了分解玻色采樣過程中任意演化矩陣的程序；對于光波導實現(xiàn)的光路參數(shù)未知的問題，本文利用隨機測試的方法對光路參數(shù)測量過程進行了模擬，并分析了系統(tǒng)誤差對測量結(jié)果的影響。模擬測試表明，程序能夠有效對任意U矩陣進行分解；同時系統(tǒng)誤差對于測量實驗的影響較小。
　　4.設計并完成了雙光子玻色采樣的