近日，由中国计算机学会（CCF）主办的第三届CCF“司南杯”量子计算编程挑战赛相关赛事落下帷幕。由上海交通大学电子信息与电气工程学院计算机科学与工程系学生参与组成的三支队伍参加了通用赛道和量超融合赛道的竞争，在全国391支参赛队伍中脱颖而出，三支队伍分别获得特等奖、一等奖和二等奖。其中，QA队是荣获全国特等奖的三支队伍之一，并且是量超融合赛道中唯一获得此殊荣的队伍。

郭光灿院士为第三届“司南杯”特等奖队伍代表颁奖（左一为QA队代表：龙马彪同学）

 

获奖队伍介绍

队名：QA

成员：龙马彪（电院计算机系本科生），唐叶辉（电院计算机系博士生）

指导老师：严骏驰教授

奖项：特等奖（全国唯一）

赛道：量超融合赛道

获奖项目：基于“测量-制备“的量子线路拆分技术及其在MNIST图片分类上的应用

项目介绍：

在当前量子计算硬件受限于纠缠操作和逻辑量子比特数量的背景下，量子线路拆分技术将复杂的量子线路分解为若干较小的子线路，使得在现有的硬件条件下实现大规模量子计算成为可能。在此次题目中，本组成员实现了基于“测量-制备”技术的量子线路拆分方法，通过在量子线路中插入测量和再准备步骤，极大地简化了量子线路的实现难度。相较于传统方法，本组成员将构建八个测量制备信道的操作简化为四次测量和四次制备操作，有效地减小了计算复杂度。实现方面，本组成员的代码在线路划分前后仍然保持了自动微分的可计算性和对批处理操作的支持，有效支持了子线路的参数学习。经典仿真环境下的实验结果表明，基于本组成员实现的线路拆分技术所设计的量子分类器不仅在给定数据集上达到了95.3%的分类准确率，而且在内存占用等计算资源上实现了高达85%以上的显著降低，并且展现了良好的泛化能力。

图：a) 基于测量-制备的线路拆分技术  b) 图片分类结果

队名：量子纠缠

成员：夏卓（电院计算机系直硕生），叶欣雨（电院电子系博士生），吴怀瑾（电院计算机系博士生）

指导老师：严骏驰教授

奖项：一等奖

赛道：通用赛道

获奖项目：基于LCU的块编码技术及量子离散绝热线性求解器

项目介绍：

在量子机器学习中，量子算法的一个核心工具即是在量子计算机上执行量子线性代数程序的子程序。量子离散绝热线性算法是目前已知的最高效的量子线性算法，块编码则是实现该算法的基础之一。本组成员基于酉矩阵的线性组合（Linear combination ofunitaries，LCU）理论，实现了一种将任意矩阵H嵌入到一个更大的酉矩阵U中的方法，从而将复杂矩阵的运算转化为可以在量子计算机上高效执行的操作。同时，在大赛对调度函数、数值近似方法以及迭代步长等做出限制的条件下，本组成员创新性地提出了一种新的算法，通过最小化观测量以寻找合适的演化时间，极大地提高了解的精度。实验证明，对于任意2×2维的厄密系数矩阵A和任意复向量b组成的线性方程组，使用本方案得到的解与真实解之间保真度的平均值大约为99.35%，相比大赛给出的参考精度提高了10%。

图：a) 基于LCU的块编码线路 b) 解的保真度随演化时间T的变化关系

队名：QAQ

成员：王若丞（致远学院物理方向本科生），陈昱衡（电院计算机系本科生），王许诺（致远学院John班本科生）

指导老师：严骏驰教授

奖项：二等奖

赛道：通用赛道

获奖项目：基于FABLE的线性方程求解算法

项目介绍：

量子线性算法的目标是求解线性方程组 Ax = b 并得到解的量子态 |x?/|||x?||。从 HHL 算法开始，多种量子线性算法被陆续提出并伴随着复杂度的不断突破。量子离散绝热线性算法是目前已知的最高效的量子线性算法，算法基础为离散绝热理论。本组成员利用一种快速近似块编码（Fast Approximate BLock Encodings，FABLE）算法，实现了对任意矩阵进行块编码。通过电路压缩和稀疏化技术，该算法可以显著降低在 Walsh-Hadamard 域中稀疏的矩阵所编码的电路深度。此外，成员还在大赛给出的框架要求下对量子离散绝热线性求解器进行了线路模拟和验证，并对演化时间对于求解精度和效率的影响进行了详细分析，给出了最优的演化时间设置思路。

图：a) 基于FABLE的块编码技术 b) 基本电路结构 c) 电路规模和误差关于截断阈值曲线