量子搜索算法研究

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上个世纪90年代由于在计算机科学中引入了量子力学的一些性质,一些新的有强大计算能力的量子算法被提出,其中最为著名的就是Grover算法和Shor算法。这两个算法充分体现了量子计算机在计算能力上超越了经典计算机,因而引起人们对量子算法的极大关注。其中量子搜索算法是一类有着广泛应用前景的量子算法,Grover算法即是一种量子搜索算法。本文首先介绍量子计算的基础知识,然后讨论了量子搜索算法相关的研究内容。其中描述了Grover算法并对其进行分析,指出其存在的主要问题。然后介绍了量子随机行走及量子行走搜索算法并具体讨论了SKW算法。之后基于Grover算法的相位匹配条件,本文提出一个新的量子行走搜索算法。首先给出量子行走所对应的图,之后给出算法的具体步骤。算法对于两种不同情况分别作用不同的硬币算子及偏移算子,并得出相应的迭代算子。然后证明算法中所使用的迭代算子均为酉算子。之后对算法的时间复杂度和成功概率进行分析。分析表明该算法时间复杂度与Grover算法相同,然而当要搜索的目标数目多于总数的1/3时,算法的成功概率大于Grover算法。最后给出了算法的量子电路。
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