奥维尔量子计算机发布视频,介绍原理,思路和实现

奥维尔量子计算机已发布视频,介绍了此计算机的原理,思路和实现。这是一个探索式项目,欢迎大家的反馈。

视频请见:https://www.bilibili.com/video/BV1LG41117uf/

项目地址:https://gitee.com/jerryshensjf/Orville
奥维尔号量子计算机
简介

采用扩展的量子二进制算法。在经典计算机上实现量子计算机。我们的景愿是在个人计算机上实现量子霸权。 此计算机的字长是 64 位,等效数据位为 32 位字长的量子计算机。我们采用量子扩展二进制,共有4个字符:0,1,Q,P 可以进行经典和量子算法。我们将在汇编层实现字符界面的量子计算机。
可能性

除了量子计算,还存在其他的超级并行计算的可能性。比如说人脑,说人脑拥有量子计算能力是可笑的。但是人脑也有类似于量子计算机的超级并行能力。这说明,迈向超级并行的道路并非一条。我们的想法是在经典计算机通过模拟量子算法得到超级并行能力,也可能比真正的量子计算机差一个层级,但是优越于经典计算机。考虑到经典计算机的低成本,即便如此也是值得追求的。
项目图片:奥维尔号

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文档,更新中
已完成的功能

现在已支持运行量子汇编语言脚本 Quantum Assembly(.qa)和加载数据文件(.data)功能,支持各种赋值语言, 例如:

let a = monkeyTest.monkeyWord
let b = halfProject a
show b

 

更多功能请见 Core 的源码和示例的脚本文件。

开发版中的 Core 和 Shell 已可以使用。

目前支持如下的命令

设置提示符

setPrompt Star Trek:>

重置提示符

resetPrompt

编码 word

codeWord 0xffffffff

生成随机字

monkeyTest.monkeyWord

生成随机窄字

monkeyTest.monkeyNarrowWord

编码字符串

code 0x11

code 0x1111111111

退出

quit

各种 赋值语言

let a = b 等等

运行脚本

run scripts/sample1.qa

run scripts/QARobot.qa

加载文本数据

let c = loadData scripts/sampleData1.data

和各种经典与量子算法

启动 Core 即可启动奥维尔号。
操作流程【想定】

奥维尔号支持 2 种数据

字 Word 64 位扩展二进制,其实字宽为 32 位,每位扩展二进制占两位

窄字 NarrowWord 32 位二进制

奥维尔号载入数据采用窄字。

运算时将窄字 codeWord 成字

字可以进行量子运算

运算结果经过投影成为字的数组

运算结果字的数组会逐一进行验证,通过验证的即为结果

运算结果的字不可以包含 Q 和 P

随后这些结果会 decode 成为窄字数组,即为最终的结果
加量子与消量子

在奥维尔号的运算中 Q 在投影操作中会被分支为0和1

所以结果中 Q 越多,结果膨胀的厉害。

这里引入加量子与消量子概念

加量子:运算结果中使 Q 增多的运算,可能是和 Q 运算或者是量子进位。

消量子:运算中使 Q 减少的运算,主要有如下两种

and 0

Q and 0 = 0

or 1

Q or 1 = 1
近期计划

实现 Shell

实现 Core

实现最基础的功能

使计算机可以测试
界面想定

Orville:> cod var a = 'myTest'

Orville:> a = XXXX

Oraville:> binShow a

Orville:> a = '0b11011101'
基本字符及其含义

0 经典 0

1 经典 1

Q 量子纠缠态

P 投影动作,会把纠缠态度分解成经典 0 或者 1, 对经典状态没有影响。

在编码时,这4个字会被编码为 00,01,10 和 11
相关运算

Code 将经典字符串编码成量子扩展字符串

Decode 将量子扩展字符串中符合经典要求的字串解码为经典字符串

Project 投影运算,即加上 32 位宽的 P

经典运算,经典字符串使用的经典运算

qAdd 量子扩展加法,为两个 64 位扩展字符串的运算,结果是一个 64 位扩展量子字符串,经投影运算,可以得到结果。

qShow 显示一个量子扩展字面量,使用 0,1,Q,P

qBinShow 显示量子扩展字符串的二进制编码 64 位宽

qHexShow 使用 16 进制显示量子扩展字符串,为 16 位字符串
量子扩展加法规则
不考虑量子进位字符串 qBitAdd

0+0 = 0

0+1 = 1

0+Q = Q

0+P = 0

1+0 = 1

1+1 = 10

1+Q = Q

1+P = 1

Q+0 = Q

Q+1 = Q

Q+Q = Q

Q+P = (0)(1)

P+0 = 0

P+1 = 1

P+Q = (0)(1)

P+P = P
考虑量子进位 qAdd

0+0 = 0

0+1 = 1

0+Q = Q

0+P = 0

1+0 = 1

1+1 = 10

1+Q = QQ

1+P = 1

Q+0 = Q

Q+1 = LL (10 或 01 量子纠缠态)

Q+Q = LL (10 或 01 量子纠缠态)

Q+P = (0)(1)

P+0 = 0

P+1 = 1

P+Q = (0)(1)

P+P = P
量子扩展位运算规则
qAnd

0 qAnd 0 = 0

0 qAnd 1 = 0

0 qAnd Q = 0

0 qAnd P = 0

1 qAnd 0 = 0

1 qAnd 1 = 1

1 qAnd Q = Q

1 qAnd P = 1

Q qAnd 0 = 0

Q qAnd 1 = Q

Q qAnd Q = Q

Q qAnd P = (0)(1)

P qAnd 0 = 0

P qAnd 1 = 1

P qAnd Q = (0)(1)

P qAnd P = P
qOr

0 qOr 0 = 0

0 qOr 1 = 1

0 qOr Q = Q

0 qOr P = 0

1 qOr 0 = 1

1 qOr 1 = 1

1 qOr Q = 1

1 qOr P = 1

Q qOr 0 = Q

Q qOr 1 = 1

Q qOr Q = Q

Q qOr P = (0)(1)

P qOr 0 = 0

P qOr 1 = 1

P qOr Q = (0)(1)

P qOr P = P
qNot

qNot 0 = 1

qNot 1 = 0

qNot Q = Q

qNot P = P
Project

0 Project 0

1 Project 1

Q Project (0)(1)

P project P 、 对字的投影将 Q 分支,对 P 的替换需指定 0 或 1
halfProject

对字的半投影将 Q 分支,而 P 保持为 P
标准测试案例

量子汇编的示例程序放在 scripts 目录下。

使用扫雷游戏做为通用程序的标准测试案例。见 https://gitee.com/jerryshensjf/JMine

使用路径搜索算法作为 NP 问题标准测试床。见本站附件。

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