电力系统中量子信息学的应用现状及展望EI北大核心CSCD

量子信息学在信息获取、传输和处理等方面具有独特优势,在保障新型电力系统信息安全和纾解算力困境等方面潜力巨大。从量子通信和量子计算2个方面,总结了电力系统应用背景下的量子信息学研究现状,并对未来可能的研究方向进行了展望。首先,介绍了量子信息学的基本概念和原理。然后,针对量子通信,分析了典型量子通信技术在新型电力系统中的适用性,并从远距离信息传输、多主体通信、统一标准化和专用研发平台4个方面了梳理电力系统中量子通信的研究现状;针对量子计算,从线性代数运算、优化问题求解、机器学习和参数估计等方面阐述归纳了量子算法的基本原理及其在电力系统中的研究现状。最后,面向新型电力系统中量子信息学的应用前景进行了展望,并提出了电力系统中量子信息学的发展建议。     

智能化变电站内量子通信纠错编解码的量子逻辑线路

智能化变电站、换流站内复杂多变的电磁环境会使其中的量子通信系统产生量子比特差错问题。为了解决该问题,提出一种量子通信纠错编解码方法,并用量子逻辑给出相应的量子线路实现方式。通过引入8个量子比特的冗余,通过量子逻辑哈达玛(Hadamard)门和异或门及量子逻辑操作X、Z、?Z和ZX,实现了4种不同差错情况的量子比特纠错,从而保证全双工量子通信系统的正常工作。为了实现信息传输时兼顾高效性与安全性,提供一种新的技术体制和技术方案,对未来变电站、换流站的智能化发展提供了一种新的建设思路。     

基于改进量子遗传算法的输电网规划方法

量子遗传算法是基于量子计算原理的概率优化方法,改进了动态调整量子旋转门策略,并结合量子交叉和量子变异操作,使算法具有更快的收敛速度和全局寻优能力。输电网规划是复杂的大规模非线性组合优化问题,提出了一种基于改进量子遗传算法的输电网规划模型。算例表明,该方法能够快速有效地获得全局经济最优的输电网规划方案。     

量子密码技术及其应用

量子密码是信息理论的一个重要方面,它利用量子力学的一些独特性质,突破了传统密码学的限制,能够绝对安全地传送信息.本文介绍了量子密码的基本原理,探讨了量子密码的一些技术,最后简单介绍了量子密码的应用以及未来的发展前景.     

量子技术在通信网络安全方面的应用

为解决网络上层出不穷的病毒、木马和漏洞等问题,通过量子信道传输客户端发出和接收的数据,数据在传输过程中经过量子进行身份认证,确认用户的真实性,避免他人假冒。若认证合格则传输到下一阶段,大大提升用户信息的安全性。量子通信过程使用专门的量子信道来传输信息,使信息不受外界的干扰,防止他人窃听。试验结果表明,通过量子通信技术,提高了通信网络的安全性能。     

电力量子计量技术的进展与趋势

现有的电力基标准均是基于电磁原理，受限于原理和测量技术，继续提升准确度水平已接近物理极限。相较于传统电力基标准，量子计量与传感将物理量溯源至基本物理常数，具有准确度高、复现不受客观条件制约等显著优点，近年来得到了很快的发展。因此，围绕电力计量主要的参量，包括电流、电压、电能及时间4个方面，比较了基于单电子隧道效应和粒子加速器的两种量子电流技术的发展趋势，介绍了基于量子精密磁测量的新型电流传感技术以及电流量子比例技术；总结了交直流量子电压装置的发展，以及在电压比例溯源和电能的溯源应用，可有效提升现有的电压/电能的溯源水平；总结了时间频率计量技术的整体进展和趋势，以国家电网计量中心建立的国家电网时间频率体系架构和应用为例，介绍了量子时间的应用形态。目前电力量子计量技术取得了突破性的发展，电力与量子的融合研究刚刚起步，研究潜力很大，值得重点关注和深入研究。     

基于量子密钥的电力业务最优数据保护模型

传统量子保密通信系统实时生成的量子密钥量有限,难以适应电力生产调度、营销和管理信息化等业务数据不同的安全等级和通信特性需求,无法对各类电力业务数据实现精准数据保护。文中深入分析了各电力业务的数据资产重要度和数据传输指标需求,提出自适应电力业务属性的量子密钥更新频率计算方法、密钥补充策略和最优分配策略,并优化量子虚拟专用网络(VPN)的量子密钥控制流程,解决了传统量子VPN对各业务采用无差别量子密钥更新频率的不足。实验结果展示了所阐述方法可实现各电力业务精准数据保护的量子密钥最优分配自动化及智能化。该方法可构建基于量子密钥的精准安全数据保护机制。     

光纤量子密钥分配技术在电网中的应用前景

光纤通信以其高速率、大容量等特点在电力系统通信中占有重要地位。随着光纤通信网络窃听技术的发展,光纤通信安全性面临着新的挑战。文章分析了光纤通信网络的脆弱性,介绍了光纤量子密钥分配技术的发展历程,介绍了3种量子密钥分配网络形式,并总结了其优缺点最后提出了基于光纤量子分配技术在电力系统的应用前景及未来的研究方向。     

750 kV输变电工程复合外绝缘应用进展及展望

针对电力系统无功优化问题的离散性和多约束非线性特点,提出一种混沌量子免疫算法的电力系统无功优化方法。该算法利用量子比特和由Logistic映射产生的混沌变量来初始化寻优量子抗体,从而保证了算法的遍历寻优和搜索高效性。通过量子旋转门来实施抗体的克隆扩增和变异,利用线性变换将量子抗体由单位空间映射到寻优问题的解空间。IEEE30节点仿真验证混沌量子免疫算法用于电力系统无功优化的可行性和有效性。     

电力通信网络中的量子保密通信示范应用与测评

基于量子密钥分发的量子保密通信技术是未来提升信息安全防护能力的有效解决方案之一,近年来相关技术研究、设备研制和示范应用发展迅速,但量子保密通信系统测评的标准规范尚未完全建立.在回顾量子保密通信技术及其应用进展的基础上,介绍电力量子保密通信示范网络建设和设备应用情况,从量子密钥分发、管理和应用等不同方面提出综合测评方案,...     

Properties of quantum gain of coding with information criterion by binary linear codes

In quantum information theory, superadditivity in the capacity of a quantum channel occurs as a special property. We present a method of calculating the mutual information analytically for binary linear codes by using square‐root measurement as the decoding process. Many examples of codes showing the existence of superadditivity in capacity have been given in the past, but the scope of the method was not clarified. In the present paper, we show that the method can be applied to any binary linear codes. We also show that the quantum channel capacity is almost fully attained in a finite codeword length by using approximation to simplex code. © 2008 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 163(4): 48–57, 2008; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20646     

基于量子蚁群优化算法的梯级水电系统经济调度

将量子计算理论引入到蚁群优化算法中,形成量子蚁群优化算法(QACOA),用于梯级水电系统经济调度研究中,以系统在调度期内实发电能和储蓄电能最大为准则构造优化目标函数。QACOA融入了量子计算理论的叠加态和概率表达特性,以量子态为基本信息单元,将量子比特的概率幅用于蚂蚁位置的编码,利用量子旋转门实现蚁群位置的更新,达到了比常规蚁群优化算法更好的优化效果。运用QACOA对梯级水电系统经济调度进行仿真,结果表明QACOA使调度期内实发电能和储蓄电能得到了明显提高。     

基于量子编码的离散粒子群算法配电网重构

阐述了配电网重构数学模型、二进制粒子群算法、量子编码的基本理论,对量子粒子群算法配电网重构进行了研究,将量子编码应用到离散粒子群算法中,用量子比特概率表示离散粒子的状态,根据二进制粒子群速度更新公式更新粒子的状态,改变开关开合状态进行网络重构.量子比特概率能够表征丰富的信息量,保证粒子的多样性和全局搜索能力.通过2个算...     

基于改进DS证据理论的变压器故障诊断方法

传统证据理论在变压器故障诊断中存在主观局限性,且对证据体可靠性的选取缺乏科学性。为了融合变压器色谱分析数据与电气试验数据,并能全面的反映变压器的状态,文中提出一种基于改进证据理论的变压器故障诊断模型。首先,通过熵权法求出子证据体的相对权重,再结合BP和量子神经网络的优化诊断结果,修正熵权作为证据体的可靠因子;其次,构造子证据体的基本概率分配函数,采用Dempster合成规则实现故障信息融合;最后,将所提诊断方法应用于实际工程案例,诊断结果表明：该诊断方法有效、可行,且提高了诊断准确率。     

Single Electron Transport and Entanglement Induced by Surface Acoustic Waves versus Free Ballistic Propagation in Coupled Quantum Wires

In this work we study the coherent propagation of electrons in quantum wires driven by surface acoustic waves, as a part of a feasibility study on a coupled quantum wires device, able to realize the basic operations needed for quantum computing. We demonstrate that the introduction of the surface acoustic wave is able to improve the devices performance. In particular, single- and double-qubit quantum gates have been simulated and better results are obtained, with respect to the free electron propagation. A further analysis reveals a strong reduction of the final undesired spatial entanglement and confirms the effectiveness of the dynamics driven by surface acoustic wave.     

基于量子粒子群混合算法的电力系统无功优化

针对传统粒子群算法在无功优化中易陷入局部最优和后期收敛慢等问题,提出了基于量子粒子群混合算法的无功优化计算方法.该算法将量子叠加态思想引入到粒子群算法中,使得单个粒子能表示更多的状态和量级,增加了种群的多样性;采用量子旋转门更新粒子的速度和位置,提高了收敛的速度.用该算法对IEEE 30节点系统进行无功优化计算,并与粒...     

Transport in open quantum systems: comparing classical and quantum phase space dynamics

Transport in open quantum systems is of great interest. We show that the discrete states of an open quantum system may be classified into three distinct groups, dependent upon the manner in which they influence transport when connected to an external environment. A first class of states is current-carrying states, which are naturally strongly connected to the environment. A second class of states is discrete, but stable and isolated, and thought to be the pointer states of decoherence theory. Finally, we identify backscattered states, which do not propagate through the system.     

基于量子遗传算法优化的无线电能传输模型

传统方法设计电磁谐振式无线电能传输系统时,参数一直靠人工设定,实际应用中很难达到最优的传输效率。文章使用量子遗传算法对无线电能传输模型的参数进行优化,该算法以量子理论和量子计算为基础,采用量子比特实现个体编码,然后对每次迭代中的个体通过量子旋转门操作进行最优解搜索;最后,通过对一个谐振式无线电能传输系统进行仿真分析,对算法的有效性进行了验证;事实证明,该算法能够较快地搜索到局部最优解,验证了量子遗传算法对参数优化问题的有效性,为无线电能传输模型的制作优化奠定基础。     

Overview of progress in quantum systems control

The development of the theory on quantum systems control in the last 20 years is reviewed in detail. The research on the controllability of quantum systems is first introduced, then the study on the quantum open-loop control methods often used for controlling simple quantum systems is analyzed briefly. The learning control method and the feedback control method are mainly discussed for they are two important methods in quantum systems control and their advantages and disadvantages are presented. According to the trends in quantum systems control development, the paper predicts the future trends of its development and applications. A complete design procedure necessary for the quantum control system is presented. Finally, several vital problems hindering the advancement of quantum control are pointed out. Translated from Chinese Journal of Quantum Electronics, 2003, 20(1): 1–9 [译自:: 量子电子学报]