新型量子电路计算傅里叶变换速度更快,更有效

先进的处理器概念

一种新型量子电路,以更快,多功能,更有效的方式计算傅立叶变换。

科学家设计了一种新型量子电路,可以计算快速的傅里叶变换,所有工程领域的不可缺少的工具。

傅里叶变换是几乎所有物理和工程领域都必不可少的数学运算。尽管已经存在一种计算量子计算机中的傅里叶变换的算法,但对于许多实际应用,它不够通用。在最近的一项研究中,来自东京科学大学的科学家通过设计一个新的量子电路来解决这个问题,这些量子电路以更快,多功能,更有效的方式计算傅里叶变换。

傅里叶变换是将函数或数据集分解成其构成频率的重要数学工具,就像一个人可以将音乐剧分解成其音符的组合。它在某种形式或另一个形式的所有工程领域中使用,因此,已经开发了计算它的算法 - 至少用于传统计算机。但Quantum Computers呢?

尽管量子计算仍然是一个巨大的技术和智力挑战,它有可能加快许多程序和算法,条件是设计适当的量子电路。特别是,傅里叶变换已经具有称为Quantum傅里叶变换(QFT)的量子版本,但其适用性非常有限,因为其结果不能用于随后的量子算术运算。

为了解决这个问题,最近的一项研究发表在量子信息处理,来自东京科学大学的科学家开发了一种新的量子电路,该电汇执行“量子快速傅里叶变换(QFFT)”,并从量子世界的特殊性中完全受益。这项研究的想法来到了Ryo Asaka先生,第一年硕士学生和研究中的一个科学家,当他首次了解了QFT及其局限性时。他认为基于标准傅里叶变换的变体创建更好的替代方案是有用的,称为“快速傅立叶变换(FFT)”,在传统计算中的不可缺少的算法,如果输入数据符合某些基本条件,则大大速度速度。

为了设计量子傅里叶变换的量子电路,科学家们首先要设计量子运算电路来执行傅里叶变换的基本运算,比如加法、减法和数字移位。他们的算法的一个显著优势是不会产生“垃圾位”;计算过程不浪费任何量子比特,量子信息的基本单位。考虑到在过去的几年中增加量子计算机的量子位的数量一直是一场艰苦的战斗,这种新颖的量子电路能够有效地使用量子位的事实是非常有前途的。

与传统QFT相比,他们的量子电路的另一个优点是利用了量子世界的一种独特特性,从而大大提高了计算速度。领导这项研究的副教授Kazumitsu Sakai解释说:“在量子计算中,我们可以利用一种叫做‘状态叠加’的现象,同时处理大量的信息。’这使得我们能够将大量数据,比如多个图像和声音,一次转换到频域。”处理速度通常被认为是量子计算的主要优势,而这种新颖的QFFT电路代表了在正确方向上的一步。

此外,QFFT电路比QFT更加多样化,作为助理Ryoko Yahagi教授,他还参加了该研究,备注:“QFFT的主要优势之一是,它适用于任何可以用传统FFT解决的问题,比如医学领域的数字图像过滤或工程应用中的声音分析。”随着量子计算机(希望如此)即将问世,这项研究的结果将使采用量子算法来解决许多依赖FFT的工程问题变得更容易。

参考:Ryo Asaka,Kazumitsu Sakai和Ryoko Yahagi,2020年8月7日,ryo asaka,“Quantum电路”量子信息处理
DOI: 10.1007 / s11128 - 020 - 02776 - 5

1条评论在“新型量子电路中计算傅里叶变换速度更快,更有效地”

  1. 我能问一下,文章顶部的图片是什么来源吗?

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