量子行走計算：開啟量子科學與技術的新潛力
灣仔298電腦資訊網 報導
量子漫步(量子行走)是一種強大的理論模型，利用量子效應（如疊加、干擾和糾纏）來實現超越經典方法的運算能力。
中國軍事科學院國防科技創新研究院研究團隊近日發表綜述文章，全面總結了量子行走和量子行走計算的理論和特點、物理實現、應用和挑戰。該評論於 11 月 13 日發表在《智慧計算》雜誌上，題為「量子步行計算：理論、實現和應用」(Quantum Walk Computing: Theory, Implementation, and Application)。
作為經典隨機遊走的量子力學等價物，量子遊走利用量子現象來設計適用於資料庫搜尋、網路分析和導航以及量子模擬等應用的高階演算法。不同類型的量子行走包括離散時間量子行走、連續時間量子行走、不連續量子行走和非酉量子行走。每個模型都具有獨特的功能和計算優勢。
離散時間量子行走涉及沒有時間因素的逐步轉換，使用基於硬幣的模型（如 Hadamard 和 Grover 行走）或無硬幣模型（如 Szegedy）和基於圖的運動的交錯量子行走。相較之下，連續時間量子行走使用與時間無關的哈密頓量在圖上運行，這使得它們對於空間搜尋和遍歷問題特別有用。
不連續量子行走結合了離散時間和連續時間模型的屬性，透過完美的狀態轉移實現通用計算。同時，非酉量子行走，包括隨機量子行走和開放量子行走，充當開放量子系統，並在模擬光合作用和量子馬可夫過程中找到應用。
離散時間和連續時間量子遊走這兩個原始分支比經典隨機遊走模型實現了更快的擴散，並表現出相似的機率分佈。在某種程度上，離散時間和連續時間模型是可以互換的。此外，各種離散模型可以基於圖結構進行互換，凸顯了量子行走模型的多功能性。
(圖：大格子上經典隨機遊走與量子遊走的機率分佈比較。紅線描繪了步行者從中心點出發，經過 30 步到達黃點的路線。網格上方是機率分佈，代表步行者經過 15 步後出現在對應網格站點的可能性。)
作者表示，量子行走不僅具有演化優點，還可以提高取樣效率，解決先前認為經典系統計算困難的問題。
用於實現量子行走的各種物理量子系統展示了離散時間和連續時間量子行走模型以及基於量子行走的演算法的實用性。有兩種不同的物理學實現量子行走的方法：
- 模擬物理模擬主要使用固態、光學和光子系統來直接實現特定的哈密頓量，而無需轉換為量子邏輯。這種方法透過增加粒子數量和維度來實現可擴展性，但缺乏糾錯和容錯能力。它面臨著有效模擬大型圖的挑戰。
- 數位物理模擬建構量子電路來模擬量子行走，提供糾錯和容錯功能。設計高效電路仍然很困難，但數位實現可以實現量子加速並模擬各種圖形。
量子行走應用主要分為四大類：量子計算、量子模擬、量子資訊處理、圖論應用。
(圖片: 量子行走應用分為四大類：量子計算、量子模擬、量子資訊處理、圖論應用。圖片來源：Xiaogang Qiang <譯音：強小剛>, Shixin Ma<譯音：馬世新>, and Haijing Song <譯音：宋海晶>)
量子漫步的應用主要分為四個類別：量子計算、量子模擬、量子信息處理和圖論應用。
- 量子計算：量子行走可以實現通用量子計算並加速代數和數論問題的計算。也正在探索它們在機器學習和優化中的應用。
- 量子模擬：量子行走是模擬無法控制量子系統行為的重要工具，可以深入了解難以或不可能進行經典分析的複雜量子現象。應用包括模擬多粒子系統、解決複雜的物理問題和建模生化過程。
- 量子資訊處理：量子行走用於量子態的準備、操縱、表徵和傳輸，以及量子密碼學和安全應用。
- 圖論應用：與圖結構相關的量子遊走為圖論問題和各種網路應用提供了有前景的解決方案。它們用於探索圖特徵、對頂點中心性進行排名並識別圖之間的結構差異。
儘管進展迅速，實用的量子行走計算仍面臨挑戰，包括設計有效的演算法、擴大物理實現規模以及實現具有糾錯或容錯功能的量子行走。然而，這些挑戰為該領域未來的創新和進步提供了路線圖。
更多資訊：Xiaogang Qiang 等人的論文，請看「量子行走計算：理論、實現和應用，智慧計算 (2024)。 DOI：10.34133/icomputing.0097」
新聞來源: MSN Tech News
未完，「灣仔298電腦資訊網」帶你知多一點點！
我們知道以上的消息，對我們有什麼幫助？
「灣仔298電腦資訊網」帶你知多一點點！
對於298電腦的讀者來說，了解量子漫步計算的最新進展不僅能拓展科技視野，還能帶來多方面的幫助、創新啟發和商機啟發。以下是這則消息對讀者的具體價值：
對讀者的幫助：
- 掌握未來科技趨勢：
量子漫步計算的發展預示著量子計算機時代的來臨。了解這一技術的基礎和應用，能讓讀者提前掌握未來科技趨勢，為個人或企業的技術佈局提供參考。 - 提升技術認知：
量子漫步利用量子效應（如疊加、干擾和糾纏）來實現超越傳統計算的能力。這能幫助讀者理解量子計算的核心原理，提升對前沿科技的認知水平。 - 啟發學習方向：
對於學生或科技愛好者來說，量子漫步的奇妙特性（如量子態的疊加和糾纏）能激發對量子物理和計算科學的興趣，進一步探索這一充滿魅力的領域。
創新啟發：
- 解決複雜問題的新思路：
量子漫步為解決複雜問題（如優化算法、數據搜索和網絡分析）提供了全新的思路。對於從事科技、工程或數據分析的讀者來說，這能啟發創新思維，探索新的解決方案。 - 跨領域應用靈感：
量子漫步在量子模擬、信息處理和圖論中的應用，展示了其廣泛的潛力。讀者可以從中獲得靈感，將量子技術應用於自己的專業領域，例如金融建模、藥物研發或人工智能。 - 推動技術突破：
了解量子漫步的物理實現（如類比仿真和數字仿真）能啟發讀者思考如何將理論轉化為實際應用，推動技術突破。
商機啟發：
- 搶佔量子科技市場先機：
隨著量子科技的快速發展，相關領域的市場需求將大幅增加。了解量子漫步的讀者可以提前佈局，探索量子計算相關的商業機會，例如開發量子算法、提供量子計算服務或投資量子科技初創企業。 - 優化企業運營：
量子漫步在數據搜索、網絡分析和優化問題中的應用，能幫助企業提升運營效率。例如，物流公司可以利用量子算法優化配送路線，金融機構可以通過量子模擬改進風險管理。 - 開發新產品與服務：
量子漫步的潛在應用（如量子密碼學和安全通信）為開發新產品與服務提供了方向。讀者可以探索如何將量子技術融入現有產品，或開發全新的量子相關解決方案。 - 人才與培訓市場：
隨著量子科技的普及，相關領域的人才需求將大幅增加。讀者可以考慮進入量子科技教育或培訓市場，提供專業課程或認證，滿足未來的人才需求。
總結：
量子漫步計算的發展不僅是一項科技突破，更是一個充滿機遇的新領域。298電腦的讀者們可以從中獲得技術認知、創新靈感和商業啟發，為未來的個人發展或企業佈局做好準備。未來已來，量子科技將成為推動社會進步的重要力量，你準備好迎接這場革命了嗎？
[完]
對於以上消息，各位298電腦讀者又怎看呢？
歡迎到我們的<<討論區>>分享你的意見。
另外:
- 寫稿不容易，如果大家覺得這篇文章對你有幫助，請記得Like我們的FB Fans Page與分享這篇文章給你的親朋好友呀！謝謝。
- 報料不斷：如果你有什麼新的資訊想讓廣大的電腦愛好者知道，也可以主動向我們編輯部電腦記者報料，報料電郵「info@wanchai298.com」。
- 攜手合作：若有任何廣告合作、商業合作或邀約採訪，亦歡迎電郵我們商談。
- 「298電腦Whatsapp粉絲群」開通了喇，快些加入啦：https://wanchai298.com/fans
灣仔298電腦資訊網
免費網上電腦雜誌，電腦IT人集中地!
網址：www.wanchai298.com
