新型量子电路计算傅里叶变换速度更快，更有效

时间：2021-10-27 09:52:01 来源：

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？

虽然量子计算仍然是一个巨大的技术和智力挑战，但它有可能加速许多程序和算法，只要设计了适当的量子电路。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，在最近在Quantum信息处理的一项研究中，来自东京科学大学的科学家开发了一种新的量子电路，执行“量子快速傅里叶变换（QFFT）”，并从量子世界的特殊性完全受益。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QFFT的量子电路，科学家必须首先设计量子算术电路来执行FFT的基本操作，例如添加，减法和数字移位。其算法的显着优势是没有生成“垃圾比特”;计算过程不会浪费任何Qubits，Quoutum信息的基本单位。考虑到在过去几年中增加量子计算机的数量已经是一个艰难的战斗，这一事实是这种新的QFFT的量子电路可以有效地使用Qubits非常有前途。

它们在传统QFT上的量子回路的另一个优点是，它们的实现利用量子世界的独特性能来大大提高计算速度。副教授Kazumitsu Sakai领导的研究，解释道：“在量子计算中，我们可以通过利用称为”各国叠加“的现象来处理大量信息。这使我们能够将大量数据（例如多个图像和声音）转换为一个Go进入频域。“处理速度经常被引用为量子计算的主要优点，并且该新颖的QFFT电路表示右方向的步骤。

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的主要优点之一是它适用于传统FFT可以解决的任何问题，例如医疗领域中的数字图像或分析用于工程应用的声音。”随着量子计算机（希望）在拐角处，本研究的结果将使采用量子算法更容易解决依赖于FFT的许多工程问题。

参考：“Quantum电路用于快速傅立叶变换”由Ryo Asaka，Kazumitsu Sakai和Ryoko Yahagi，8月20日，Quantum信息处理.DO：
10.1007 / s11128-020-02776-5

郑重声明：文章仅代表原作者观点，不代表本站立场；如有侵权、违规，可直接反馈本站，我们将会作修改或删除处理。