Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

A novel variant of the salp swarm algorithm for engineering optimization

Jia Fuyun, Luo Sheng, Yin Guan, Ye Yin

Journal of Artificial Intelligence and Soft Computing Research

|

2023

|

Vol. 13. No. 3

131--149

EN

There are many design problems need to be optimized in various fields of engineering, and most of them belong to the NP-hard problem. The meta-heuristic algorithm is one kind of optimization method and provides an effective way to solve the NP-hard problem. Salp swarm algorithm (SSA) is a nature-inspired algorithm that mimics and mathematically models the behavior of slap swarm in nature. However, similar to most of the meta-heuristic algorithms, the traditional SSA has some shortcomings, such as entrapment in local optima. In this paper, the three main strategies are adopted to strengthen the basic SSA, including chaos theory, sine-cosine mechanism and the principle of quantum computation. Therefore, the SSA variant is proposed in this research, namely SCQ-SSA. The representative benchmark functions are employed to test the performances of the algorithms. The SCQ-SSA are compared with the seven algorithms in high-dimensional functions (1000 dimensions), seven SSA variants and six advanced variants on benchmark functions, the experiment reveals that the SCQ-SSA enhances resulting precision and alleviates local optimal problems. Besides, the SCQ-SSA is applied to resolve three classical engineering problems: tubular column design problem, tension/compression spring design problem and pressure vessel design problem. The design results indicate that these engineering problems are optimized with high accuracy and superiority by the improved SSA. The source code is available in the URL: https://github.com/ye-zero/SCQSSA/tree/main/SCQ-SSA.

2

Loading initial data into the quantum register

Ostrowski Marcin

Journal of Applied Computer Science

|

2020

|

Vol. 28, nr 1

39--49

EN

In this paper, we examine a simple algorithm for loading initial data into the quantum register. In order to perform the algorithm standard two input gates are used. The algorithm is tested for the Gaussian and sine wave states. In the Appendix full PyQuil code of the algorithm is attached.

3

Evolutionary algorithm inspired by the methods of quantum computer sciences for the improvement of a neural model of the electric power exchange

Tchórzewski J., Ruciński D.

Information Systems in Management

|

2017

|

Vol. 6, No. 4

343--355

EN

The work contains results of research on the possibility to improve the neural model of the Electric Power Exchange (polish: Towarowa Giełda Energii Elektrycznej – TGEE) in MATLAB and Simulink environment using evolutionary algorithm inspired by quantum computer science. The developed artificial neural network was trained using data for the Day Ahead Market, assuming the joint volume of supplied and sold electrical energy [MWh] as the input quantities in each hour of the 24-hour day, and average prices [PLN/MWh] as output quantities. The obtained model of the exchange system was improved using the evolutionary algorithm, and further improvement in the accuracy of the model by supplementing the evolutionary algorithm using quantum solutions, related to the initial population, crossover and mutation operators, selection, etc. were proposed.

4

Towards a novel environment for simulation of quantum computing

Patrzyk J., Patrzyk B., Rycerz K., Bubak M.

Computer Science

|

2015

|

Vol. 16 (1)

103--129

EN

In this paper, we analyze existing quantum computer simulation techniques and their realizations to minimize the impact of the exponential complexity of simulated quantum computations. As a result of this investigation, we propose a quantum computer simulator with an integrated development environment – QuIDE – supporting the development of algorithms for future quantum computers. The simulator simplifies building and testing quantum circuits and understanding quantum algorithms in an efficient way. The development environment provides flexibility of source code edition and ease of the graphical building of circuit diagrams. We also describe and analyze the complexity of algorithms used for simulation as well as present performance results of the simulator as well as results of its deployment during university classes.

5

A Review on Performances of Reversible Ripple-Carry Adders

Burignat S., De Vos A.

International Journal of Electronics and Telecommunications

|

2012

|

Vol. 58, No. 3

205-212

EN

Quantum computing and circuits are of growing interest and so is reversible logic as it plays an important role in the synthesis of quantum circuits. Moreover, reversible logic provides an alternative to classical computing machines, that may overcome many of the power dissipation problems in the near future. Some ripple-carry adders based on a do-spy-undo structure have been designed and tested reversibly. This paper presents a brief overview of the performances obtained with such chips processed in standard 0.35 um CMOS technology and used in true reversible calculation (computations are performed forwards and backwards such that addition and subtraction are made reversibly with the same chip). Adiabatic signals used are known to allow the signal energy stored on the various capacitances of the circuit to be redistributed rather than being dissipated as heat while allowing to avoid calculation errors introduced by the use of conventional rectangular pulses. Through the example of both simulations and experimental results, this paper aims at providing a base of knowledge and knowhow in physical implementation of reversible circuits.

6

Numerical estimation of the quantum factorization effectiveness

Zawadzki P.

Theoretical and Applied Informatics

|

2010

|

Vol. 22, No. 1

63-72

EN

The quantum factorization is probably the most famous algorithm in quantum computation. The algorithm succeeds only when some random number with an even order relative to factorized composite integer is fed as the input to the quantum order finding algorithm. Moreover, post processing of the quantum measurement recovers the correct order only for some subset of possible values. It is well known that numbers with even orders are found with probability not less than 1=2. However, numerical simulation proves that probability of such event exhibits grouping on some discrete levels above that limit. Thus, one may conclude that usage of the lowest estimate leads to underestimation of the successful factorization probability. The understanding of the observed grouping requires further research in that field.

PL

Algorytm kwantowej faktoryzacji liczb stał się jednym z głównych czynników stymulujących rozwój informatyki kwantowej. Algorytm ten, zaproponowany przez Shora [1], bazuje na redukcji problemu rozkładu na czynniki do problemu wyznaczenia rzędu liczby (1) w arytmetyce modularnej. Wyznaczanie rzędu liczb przy użyciu klasycznych komputerów ma złożoność wykładniczą, a więc nie przynosi żadnych korzyści w stosunku do standardowych algorytmów faktoryzacji, jednak komputery kwantowe umożliwiają jednoczesne wykonanie obliczeń dla wielu danych wejściowych (11) co prowadzi do obniżenia złożoności obliczeniowej problemu. Wprowadzenie losowego czynnika oraz właściwości kwantowego pomiaru prowadzą do probabilistycznego charakteru algorytmu. Prawdopodobieństwo niepowodzenia związane z niepewnością wyniku kwantowego pomiaru może być dowolnie zminimalizowane (14), jednak prawdopodobieństwo niepowodzenia klasycznego algorytmu rozwinięcia na ułamki łańcuchowe oraz wybrania czynnika nie spełniającego warunków algorytmu faktoryzacji są znaczne. Wyniki komputerowej symulacji wspomnianych prawdopodobieństw dla liczb złożonych stanowiących iloczyn dwóch liczb pierwszych, a więc o postaci wykorzystywanej w systemach kryptograficznych, przedstawiono odpowiednio na rys. 2 i rys. 3. Prawdopodobieństwo niepowodzenia wyznaczenia parzystego rzędu liczby na podstawie prawidłowego pomiaru kwantowego jest stosunkowo wysokie i jest bezpośrednim skutkiem właściwości funkcji totient Eulera (18). Powodzenie tego kroku może by´c zwiększone poprzez testowanie prawidłowości wielokrotności liczby otrzymanej z estymacji, jednak wpływu działań tego typu nie rozważano ze względu na mnogość dostępnych scenariuszy działania. Prawidłowy wybór czynnika x w równaniu (1) ma kluczowe znaczenie dla powodzenia dalszej części algorytmu. W literaturze [7] przyjmuje się, że prawdopodobieństwo właściwego wyboru x jest zawsze większe od 1=2. Jednak komputerowe symulacje dowodzą, że dla wielu liczb złożonych prawdopodobieństwo to znacznie przewyższa dolny kres, a w niektórych przypadkach jest bliskie 1. Można więc wnioskować, że funkcjonujące dotąd oceny skuteczności kwantowej faktoryzacji są znacznie zaniżone. Wyraźnie widoczne na rys. 3 grupowanie się wartości wspomnianego prawdopodobieństwa wokół dyskretnych poziomów sugeruje istnienie pewnej wewnętrznej zależności wynikającej z właściwości czynników tworzących liczbę złożoną. Wyniki tego typu nie były dotąd prezentowane w literaturze i wymagają dalszych badań.

7

Telekomunikacja kwantowa

Zawadzki P.

Przegląd Telekomunikacyjny + Wiadomości Telekomunikacyjne

|

2010

|

nr 10

1632-1638

PL

Kwantowe przetwarzanie informacji jest nową i dynamicznie rozwijającą się dziedziną badawczą na pograniczu fizyki kwantowej i informatyki. Urządzenia liczące oparte na prawach mechaniki kwantowej, jeżeli powstaną, umożliwią wykonywanie obliczeń równoległych na ogromną skalę. Niestety, efektem ubocznym tego ogromnego postępu będzie złamanie w zasadzie wszystkich funkcjonujących obecnie asymetrycznych systemów kryptograficznych, których bezpieczeństwo opiera się na obliczeniowej złożoności niektórych problemów. Jednak zanim ten długofalowy efekt zostanie osiągnięty, muszą zostać opracowane nowe kryptograficzne prymitywy wykorzystujące nowe paradygmaty bezpieczeństwa. Jednym z nich jest kryptografia kwantowa zapewniająca bezwarunkowe bezpieczeństwo protokołów uzgadniania klucza oparte na podstawowych prawach fizyki. W artykule wprowadzono podstawowe pojęcia związane z kwantowym przetwarzaniem informacji oraz omówiono wpływ nowych algorytmów kwantowych na istniejące metody uzgadniania klucza.

EN

Quantum Information processing is a new and dynamic research field at the boundaries of quantum physics and computer science. Computing devices based on quantum mechanical laws, if built, will provide massive parallel processing capabilities in the future. Unfortunately, the breaking of all asymmetric cryptosystems based on computational complexity would be the side effect of that tremendous progress. Thus, before this long term goal is achieved, a new cryptographic primitives, using quite different protections paradigms have to be developed. One of them is quantum cryptography, providing unconditionally secure key agreement protocols with protection mechanism exploiting the fundamental laws of physics. The paper introduces the basic notions related with quantum information processing and highlights the impact of novel quantum algorithms on existing key agreement methods. The quantum key distributions algorithms are explained and security limitations of their practical implementations exposed.

8

Superconducting circuits for quantum computation

Jaroszyński L.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2009

|

R. 85, nr 5

170-173

EN

It appears that "quantum computers" are coming from science-fiction to the reality. Quantum computation shows outstanding efficiency in some numerical problems. Length of qubit registers grows noticeably last years, so the number of interesting quantum algorithms. It's time to manufacture qubit integrated circuits. These days two promising concepts fight their way to a real usage: Josephson junction qubits and quantum dot qubits.

PL

Wydaje się, że tzw. komputery kwantowe przenikają właśnie z kart literatury fantastyczno-naukowej do rzeczywistości. Algorytmy kwantowe wykazują znakomitą wydajność w przypadku niektórych problemów. Długość rejestrów qubitowych rośnie każdego roku tak jak liczba interesujących algorytmów kwantowych. Nadszedł czas wytwarzania rejestrów qubitowych w postaci układów scalonych. Aktualnie ścierają się dwie obiecujące koncepcje: rejestrów qubitowych ze złączami Josephsona i z kropkami kwantowymi.

9

Intrinsically Universal One-dimensional Quantum Cellular Automata in Two Flavours

Arrighi P., Fargetton R., Wang Z.

Fundamenta Informaticae

|

2009

|

Vol. 91, nr 2

197-230

EN

We give a one-dimensional quantum cellular automaton (QCA) capable of simulating all others. By this we mean that the initial configuration and the local transition rule of any onedimensional QCA can be encoded within the initial configuration of the universal QCA. Several steps of the universal QCA will then correspond to one step of the simulated QCA. The simulation preserves the topology in the sense that each cell of the simulated QCA is encoded as a group of adjacent cells in the universal QCA. The encoding is linear and hence does not carry any of the cost of the computation. We do this in two flavours: a weak one which requires an infinite but periodic initial configuration and a strong one which needs only a finite initial configuration.

10

Natural quantum operational semantics with predicates

Sawerwain M., Gierelak R.

International Journal of Applied Mathematics and Computer Science

|

2008

|

Vol. 18, no 3

341-359

EN

A general definition of a quantum predicate and quantum labelled transition systems for finite quantum computation systems is presented. The notion of a quantum predicate as a positive operator-valued measure is developed. The main results of this paper are a theorem about the existence of generalised predicates for quantum programs defined as completely positive maps and a theorem about the existence of a GSOS format for quantum labelled transition systems. The first theorem is a slight generalisation of D’Hondt and Panagaden’s theorem about the quantum weakest precondition in terms of discrete support positive operator-valued measures.

11

The Quantum Computer - What Does It Means?

Kosiński J.

Studia Informatica : systems and information technology

|

2007

|

Vol. 1(8)

77--96

EN

In a classical measurement the Shannon information is a natural measure of our ignorance about properties of a system. There, observation removes that ignorance in revealing properties of the system which can be considered to preexist prior to and independent of observation. Because of the completely different root of a quantum measurement as compared to a classical measurement, conceptual difficulties arise when we try to define the information gain in a quantum measurement using the notion of Shannon information. In contrast to classical measurements, quantum measurements, with very few exceptions, cannot be claimed to reveal a property of the individual quantum system existing before the measurement is performed. A mathematical theory of computation that is based on quantum physics is bound to be different. They are the analogues for quantum computers to classical logic gates for conventional digital computers. Although quantum gates work on qubits in a much different fashion from standard electronic circuits, they only differ in their basic effects in one sense: reversibility.

12

From quantum logic to quantum computational logic

Caponigro M., Mancini S.

TASK Quarterly : scientific bulletin of Academic Computer Centre in Gdansk

|

2006

|

Vol. 10, No 1

5-19

EN

We overview the main concepts of quantum logic ranging from the orthodox formulation to the quantum computational aspects.

13

Quantum Computing with Quantum Dots

Adamowski J., Bednarek S., Szafran B.

Schedae Informaticae

|

2005

|

Vol. 14

95-111

14

Quantum chemical approach to estimation of interaction between silica and different organic compounds

Tyburczy M., Zaborski M., Khavryutchenko A.V., Khavryutchenko V.D., Baryń W.

Elastomery

|

2005

|

T. 8, nr 1

20-24

EN

It is necessary to adsorb modifier on the silica surface to create interphase between fillers and elastomer. Experiments which lead to estimation of energy of adsorption consume a lot of time and money. In addition, the experiments need substances which could be not commercially available. We think that the computer simulation is a reasonable solution of these problems. In this paper we show the way of estimation of interaction between silica and elastomer. We would like to show that computer calculation enables to predict the energy of adsorption and complement Inverse Gas Chromatography (IGC). In order to check the reliability of quantum chemical modeling, the results of computation were verified with (IGC) data.

PL

Warunkiem niezbędnym do wytworzenia interfazy w układzie kauczuk-napełniacz jest zaadsorbowanie się modyfikatora na powierzchni fazy stałej. Badania eksperymentalne zmierzające do wyznaczenia energii adsorpcji modyfikatorów na krzemionce są przedsięwzięciem z jednej strony niezwykłe czasochłonnym i pracochłonnym, z drugiej zaś wymagają dodatkowych ilości substancji, które nie zawsze są produktem handlowym. Racjonalnym w tej sytuacji podejściem wydawało nam się wykorzystanie technik komputerowych umożliwiających oszacowanie energii adsorpcji wytypowanych modyfikatorów na powierzchni krzemionki. W pracy przedstawiono sposób obliczania energii oddziaływań krzemionka - elastomer. W celu weryfikacji zastosowanej procedury dane z symulacji komputerowej porównywaliśmy z energiami adsorpcji wyznaczonymi na podstawie inwersyjnej chromatografii gazowej.