MATLAB算法实战应用案例精讲-人工智能Grover量子搜索算法

Posted 2023-01-26 林聪木

前言

量子计算依靠纠缠和叠加的量子现象进行运算，计算机科学中最基本的问题之一是非结构化搜索。grover量子搜索算法就是针对非结构化搜索问题设计的，grover量子搜索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。grover量子搜索算法主要是通过变换量子基态的概率幅，从而令所查询目标项对应的量子基态的概率幅达到最大。对于一个完整的grover算法量子线路，其涵盖初始化至等权叠加态、中间的模块oracle(uw)、平均反演算子(us)和最终的测量模块，oracle和反演算子组成一个完整的g迭代，可通过重复g迭代改变所有量子态的概率。随着g迭代次数的增加，搜索到目标项的概率也会发生改变，理论上当迭代次数为可以以最高的概率搜索到目标项，n为待搜索元素总个数，m为目标项元素的个数。

知识储备

量子计算

量子计算攻击的特点

提起量子计算，经常听到的反应是量子力学“太抽象”，不确定性原理、量子纠缠等量子力学基本规律“反直觉”，量子计算又是属于典型的交叉学科“太综合”、“很难学”，这堂课不是量子计算教学，只是从量子安全这一角度对其进行一番临摹。

量子力学是在最基本的层面上针对物质和能量的研究，它的目标是揭示自然基本构件的属性和行为。而量子计算是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息，解决各类问题的新型计算技术。广义的量子计算还包括应用可控的量子体系对要研究的物理体系进行模拟，它一般也被称为量子模拟，1981年Richard Feynman首次提出量子计算机概念时也阐释为量子计算机能够对量子系统的演化进行有效模拟。

要理解量子计算，确实离不开这一系列抽象概念，而且同学们会发现࿰