CN118278533A - 一种量子态层析算法对应量子线路的构建方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种量子态层析算法对应量子线路的构建方法及装置，方法包括：首先获得一组量子比特，包括m个数据量子比特和一个辅助量子比特，构建对辅助量子比特的量子态执行第一叠加操作的第一模块，构建对所有数据量子比特的量子态执行纠缠操作的第二模块，构建对辅助量子比特的量子态执行第二叠加操作的第三模块，依次将第一模块、第二模块以及第三模块置于所获得的量子比特上，生成量子态层析算法对应量子线路，它通过提出一种量子态层析算法对应量子线路的构建方法，完成量子态层析算法和量子变分线性求解器的对接，可以实现在真实量子计算机上运行，加速量子数据向经典数据的转化，填补了相关领域的空白。
Description
技术领域
本发明属于量子计算技术领域，特别是一种量子态层析算法对应量子线路的构建方法及装置。
背景技术
量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。当某个装置处理和计算的是量子信息，运行的是量子算法时，它就可以被理解为量子计算机。量子计算机因其具有相对普通计算机更高效的处理数学问题的能力，例如，能将破解RSA密钥的时间从数百年加速到数小时，故成为一种正在研究中的关键技术。
以应用为目的，或以物理、力学等其他学科问题为背景的偏微分方程组的研究，不仅是传统应用数学中的一个最主要内容，也是当代数学的一个重要组成部分，它是数学理论和实际应用之间的一座重要桥梁。
计算流体力学一般将偏微分方程组离散为线性方程组进行求解，包括变分量子线性求解器在内的线性方程组求解技术均需要解决从量子数据到经典数据的转化，因而量子态层析算法应运而生。但是如何构建并实现量子态层析算法对应的量子线路，完成量子态层析算法和量子变分线性求解器的对接，并在真实量子计算机上运行，加速实现量子数据向经典数据的转化，这成为一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种量子态层析算法对应量子线路的构建方法及装置，以解决现有技术中的不足，它通过提出一种量子态层析算法对应量子线路的构建方法，完成量子态层析算法和量子变分线性求解器的对接，实现在真实量子计算机上运行，加速量子数据向经典数据的转化，填补了相关领域的空白。
本申请的一个实施例提供了一种量子态层析算法对应量子线路的构建方法，所述方法包括：
获得一组量子比特，所述量子比特包括m个数据量子比特和一个辅助量子比特，其中,m＝log2d，d为量子数据|x>的维数；
构建对所述辅助量子比特的量子态执行第一叠加操作的第一模块；
构建对所述所有数据量子比特的量子态执行纠缠操作的第二模块；
构建对所述辅助量子比特的量子态执行第二叠加操作的第三模块；
依次将所述第一模块、所述第二模块以及所述第三模块置于所获得的量子比特上，生成量子态层析算法对应量子线路。
可选的，所述一组量子比特的初态均置为|0>态。
可选的，所述第一模块用于实现初态至所述第一叠加操作对应的第一子量子态的演化。
可选的，所述构建对所述所有数据量子比特的量子态执行纠缠操作的第二模块，包括：
构造用于在第一受控关系下实现第一功能模块U的第一子量子线路，所述第一功能模块满足并用于实现所述第一子量子态至第二子量子态的演化，其中，|i>表示量子数据|x>的基态，xi表示|i>的振幅；
构造用于在第二受控关系下实现第二功能模块P的第二子量子线路，所述第二功能模块满足并用于实现所述第二子量子态至第三子量子态 的演化，其中，N表示用于测量量子数据|x>的样本个数，ni表示对N个样本进行测量，出现结果为|i>的次数，且满足δ为预设精度；
将所述第一功能模块和所述第二功能模块组合，生成对所述所有数据量子比特的量子态执行纠缠操作的第二模块。
可选的，所述第一受控关系为|0>控或虚控；所述第二受控关系为|1>控或实控。
可选的，所述第三模块用于实现所述第三子量子态 至第二叠加操作对应的第四子量子态 的演化。
可选的，所述量子态层析算法对应量子线路还包括作用于所有所述量子比特上的测量模块。
本申请的又一实施例提供了一种量子态层析算法对应量子线路的构建装置，所述装置包括：
获得模块，用于获得一组量子比特，所述量子比特包括m个数据量子比特和一个辅助量子比特，其中,m＝log2d，d为量子数据|x>的维数；
第一构建模块，用于构建对所述辅助量子比特的量子态执行第一叠加操作的第一模块；
第二构建模块，用于构建对所述所有数据量子比特的量子态执行纠缠操作的第二模块；
第三构建模块，用于构建对所述辅助量子比特的量子态执行第二叠加操作的第三模块；
生成模块，用于依次将所述第一模块、所述第二模块以及所述第三模块置于所获得的量子比特上，生成量子态层析算法对应量子线路。
可选的，所述第二构建模块，包括：
第一构造单元，用于构造用于在第一受控关系下实现第一功能模块U的第一子量子线路，所述第一功能模块满足并用于实现所述第一子量子态至第二子量子态的演化，其中，|i>表示量子数据|x>的基态，xi表示|i>的振幅；
第二构造单元，用于构造用于在第二受控关系下实现第二功能模块P的第二子量子线路，所述第二功能模块满足并用于实现所述第二子量子态至第三子量子态的演化，其中，N表示用于测量量子数据|x>的样本个数，ni表示对N个样本进行测量，出现结果为|i>的次数，且满足δ为预设精度；
生成单元，用于将所述第一功能模块和所述第二功能模块组合，生成对所述所有数据量子比特的量子态执行纠缠操作的第二模块。
本申请的又一实施例提供了一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时实现上述任一项中所述的方法。
本申请的又一实施例提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以实现上述任一项中所述的方法。
与现有技术相比，本发明首先获得一组量子比特，包括m个数据量子比特和一个辅助量子比特，构建对辅助量子比特的量子态执行第一叠加操作的第一模块，构建对所有数据量子比特的量子态执行纠缠操作的第二模块，构建对辅助量子比特的量子态执行第二叠加操作的第三模块，依次将第一模块、第二模块以及第三模块置于所获得的量子比特上，生成量子态层析算法对应量子线路，它通过提出一种量子态层析算法对应量子线路的构建方法，完成量子态层析算法和量子变分线性求解器的对接，可以实现在真实量子计算机上运行，加速量子数据向经典数据的转化，填补了相关领域的空白。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种量子态层析算法对应量子线路的构建方法的计算机终端的硬件结构框图；
图2是本发明实施例提供的一种量子态层析算法对应量子线路的构建方法的流程示意图；
图3是本发明实施例提供的一种第一模块对应的量子线路示意图；
图4是本发明实施例提供的一种第二模块对应的量子线路示意图；
图5是本发明实施例提供的一种量子态层析算法对应的量子线路示意图；
图6是本发明实施例提供的一种量子态层析算法对应量子线路的构建装置的结构示意图。
具体实施方式
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本发明实施例首先提供了一种量子态层析算法对应量子线路的构建方法，该方法可以应用于电子设备，如计算机终端，具体如普通电脑、量子计算机等。
下面以运行在计算机终端上为例对其进行详细说明。图1为本发明实施例提供的一种量子态层析算法对应量子线路的构建方法的计算机终端的硬件结构框图。如图1所示，计算机终端可以包括一个或多个(图1中仅示出一个)处理器102(处理器102可以包括但不限于微处理器MCU或可编程逻辑器件FPGA等的处理装置)和用于存储数据的存储器104，可选地，上述计算机终端还可以包括用于通信功能的传输装置106以及输入输出设备108。本领域普通技术人员可以理解，图1所示的结构仅为示意，其并不对上述计算机终端的结构造成限定。例如，计算机终端还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示不同的配置。
存储器104可用于存储应用软件的软件程序以及模块，如本申请实施例中的量子态层析算法对应量子线路的构建方法对应的程序指令/模块，处理器102通过运行存储在存储器104内的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述的方法。存储器104可包括高速随机存储器，还可包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。在一些实例中，存储器104可进一步包括相对于处理器102远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至计算机终端。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
传输装置106用于经由一个网络接收或者发送数据。上述的网络具体实例可包括计算机终端的通信供应商提供的无线网络。在一个实例中，传输装置106包括一个网络适配器(Network Interface Controller，NIC)，其可通过基站与其他网络设备相连从而可与互联网进行通讯。在一个实例中，传输装置106可以为射频(Rad io Frequency，RF)模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。
需要说明的是，真正的量子计算机是混合结构的，它包含两大部分：一部分是经典计算机，负责执行经典计算与控制；另一部分是量子设备，负责运行量子程序进而实现量子计算。而量子程序是由量子语言如QRunes语言编写的一串能够在量子计算机上运行的指令序列，实现了对量子逻辑门操作的支持，并最终实现量子计算。具体的说，量子程序就是一系列按照一定时序操作量子逻辑门的指令序列。
在实际应用中，因受限于量子设备硬件的发展，通常需要进行量子计算模拟以验证量子算法、量子应用等等。量子计算模拟即借助普通计算机的资源搭建的虚拟架构(即量子虚拟机)实现特定问题对应的量子程序的模拟运行的过程。通常，需要构建特定问题对应的量子程序。本发明实施例所指量子程序，即是经典语言编写的表征量子比特及其演化的程序，其中与量子计算相关的量子比特、量子逻辑门等等均有相应的经典代码表示。
量子线路作为量子程序的一种体现方式，也称量子逻辑电路，是最常用的通用量子计算模型，表示在抽象概念下对于量子比特进行操作的线路，其组成包括量子比特、线路(时间线)，以及各种量子逻辑门，最后常需要通过量子测量操作将结果读取出来。
不同于传统电路是用金属线所连接以传递电压信号或电流信号，在量子线路中，线路可看成是由时间所连接，亦即量子比特的状态随着时间自然演化，在这过程中按照哈密顿运算符的指示，一直到遇上逻辑门而***作。
一个量子程序整体上对应有一条总的量子线路，本发明所述量子程序即指该条总的量子线路，其中，该总的量子线路中的量子比特总数与量子程序的量子比特总数相同。可以理解为：一个量子程序可以由量子线路、针对量子线路中量子比特的测量操作、保存测量结果的寄存器及控制流节点(跳转指令)组成，一条量子线路可以包含几十上百个甚至千上万个量子逻辑门操作。量子程序的执行过程，就是对所有的量子逻辑门按照一定时序执行的过程。需要说明的是，时序即单个量子逻辑门被执行的时间顺序。
还需要说明的是，本发明涉及量子计算机，在基于硅芯片的普通计算设备中，处理芯片的单元是CMOS管，这种计算单元不受时间和想干性的限制，即，这种计算单元是不受使用时长限制，随时可用。此外，目前，在硅芯片中，这种计算单元的数量是充足的，即，目前一个芯片中的计算单元的数量是成千上万的。计算单元数量的充足且CMOS管可选择的计算逻辑是固定的，例如：与逻辑。借助CMOS管运算时，通过大量的CMOS管结合有限的逻辑功能，以实现运算效果。
与普通计算设备中的这种逻辑单元不同，目前量子计算机中，基本的计算单元是量子比特，量子比特的输入受相干性的限制，也受相干时间的限制，即，量子比特是受使用时长限制的，并不是随时可用的。在量子比特的可用使用时长内充分使用量子比特是量子计算的关键性难题。此外，量子计算机中量子比特的数量是量子计算的关键性难题。此外，量子计算机中量子比特的数量是量子计算机性能的代表指标之一，每个量子比特通过按需配置的逻辑功能实现计算功能，鉴于量子比特数量受限，而量子计算领域的逻辑功能是多样化的，例如：哈德玛门(Hadamard门，H门)、泡利-X门(X门)、泡利-Y门(Y门)、泡利-Z门(Z门)、RX门、RY门、RZ门、CNOT门、CR门、iSWAP门、Toffoli门等等。量子逻辑门一般使用酉矩阵表示，而酉矩阵不仅是矩阵形式，也是一种操作和变换。一般量子逻辑门在量子态上的作用是通过酉矩阵左乘以量子态右矢对应的矩阵进行计算的。量子计算时，借助有限的量子比特结合多样的逻辑功能组合实现运算效果。
基于量子计算机的这些不同，逻辑功能作用在量子比特的设计(包括量子比特使用与否的设计以及每个量子比特使用效率的设计)是提升量子计算机的运算性能的关键，且需要进行特殊的设计。而上述针对量子比特的设计是普通计算设备所不需要考虑的、也不需要面对的技术问题。
本领域技术人员可以理解的是，在经典计算机中，信息的基本单元是比特，一个比特有0和1两种状态，最常见的物理实现方式是通过电平的高低来表示这两种状态。在量子计算中，信息的基本单元是量子比特，一个量子比特也有0和1两种状态，记为|0>和|1>，但它可以处于0和1两种状态的叠加态，可表示为其中，a、b为表示|0>态、|1>态振幅(概率幅)的复数，这是经典比特不具备的。测量后，量子比特的状态会塌缩至一个确定的状态(本征态，此处为|0>态、|1>态)，其中，塌缩至|0>的概率是|a|2，塌缩至|1>的概率是|b|2，|a|2+|b|2＝1，|>为狄拉克符号。
量子态，即指量子比特的状态，一般需要使用一组正交完备的基向量描述，其通常使用的计算基在量子算法(或称量子程序)中用二进制表示。例如，一组量子比特为q0、q1、q2，表示第0位、第1位、第2位量子比特，从高位到低位排序为q2q1q0，该组量子比特的量子态为23个计算基的叠加态，8个计算基是指：|000>、|001>、|010>、|011>、|100>、|101>、|110>、|111>，每个计算基与量子比特位对应一致，如|000>态，000从高位到低位对应q2q1q0。简言之，量子态是各基向量组成的叠加态，当其他基的概率幅为0时，即处于其中一个确定的基向量。
在量子力学中，所有的可测量的力学量都可以用一个厄密矩阵来描述，厄密矩阵的定义是，该矩阵的转置共轭即是该矩阵本身，即有：这样的矩阵通常称之为测量算符，非零算符都会有至少一个不为0的本征值λ以及与之对应的本征态|ψ>，满足H|ψ>＝λ|ψ>，如果算符H的本征值对应的是某一个体系的能级分布，那么这样的算符也可以称其为哈密顿量(Hamiltonian)。
根据含时薛定谔方程，从一个态|ψ(t＝0)>开始演化到另一个态|ψ(t＝T)>是利用酉算符完成的，即U(0,T)|ψ(t＝0)>＝|ψ(t＝T)>，其中，哈密顿量和酉算符的关系是，如果一个量子态在某个***下自然演化，描述该***的能量即哈密顿量，则酉算符可以由哈密顿量写出：
当***从时间0开始，且哈密顿量不随时间变化时，酉算符即U＝exp(-iHt)。在封闭***的量子计算中，除测量外，所有的量子操作都可以用一个酉矩阵来描述，酉矩阵的定义是，该矩阵的转置共轭即是该矩阵的逆，即有：一般来说，酉算符在量子计算中也称之为量子逻辑门。
量子态层析技术(Quantum State Tomography)，也称作量子态预测(QuantumState Estimation)，主要用于量子***中状态的重建。在流体力学的计算过程中，需要使用量子态层析技术实现量子数据到经典数据的转化。例如，基于HHL线性求解器和变分量子线性求解器的线性方程组求解技术，均需要解决从量子数据到经典数据的转化问题。
参见图2，图2为本发明实施例提供的一种量子态层析算法对应量子线路的构建方法的流程示意图，可以包括如下步骤：
S201：获得一组量子比特，所述量子比特包括m个数据量子比特和一个辅助量子比特，其中,m＝log2d，d为量子数据|x>的维数。
具体的，首先获得一组量子比特，为了方便说明，按照量子比特的作用可以将获得的一组量子比特区分为数据量子比特和辅助量子比特，其中，数据量子比特可以用于执行量子态的叠加操作和纠缠操作，辅助量子比特不仅可以用于执行量子态的叠加操作和纠缠操作，还可以用于表示量子比特上酉算符的受控关系。
在一种可选的实施方式中，本申请中共获得包括m个数据量子比特和一个辅助量子比特，其中,m＝log2d，d为通过量子态层析算法获取的量子数据|x>的维数，其中，通过量子态层析算法获取的量子数据|x>的维数也就是通过HHL线性求解器或者变分量子线性求解器进行线性方程组求解的方程组中的矩阵的维数或表示目标解的向量的维数，且量子数据|x>满足|x>＝∑i∈[d]xi|i>，|i>表示量子数据|x>的基态，xi表示|i>的振幅。
需要说明的是，所述一组量子比特的初态均置为量子态|0>态，也可以置为满足量子态演化规则的其他量子态，在此不做限定。
S202：构建对所述辅助量子比特的量子态执行第一叠加操作的第一模块。
具体的，利用预设量子逻辑门或者酉算符，构建对辅助量子比特的量子态执行第一叠加操作的第一模块，示例性的，利用Hadamard量子逻辑门，构建对辅助量子比特的量子态执行第一叠加操作的第一模块。参见图3，图3是本发明实施例提供的一种第一模块对应的量子线路示意图，其中，Hadamard量子逻辑门是一种可将基态变为叠加态的量子比特门，其作用于单量子比特上，它将基态|0>变成将基态|1>变成Hadamard量子逻辑门的矩阵形式为：
因此，第一模块可用于实现初态至第一叠加操作对应的第一子量子态的量子态演化。
S203：构建对所述所有数据量子比特的量子态执行纠缠操作的第二模块。
具体的，所述构建对所述所有数据量子比特的量子态执行纠缠操作的第二模块，可以包括：
步骤1：构造用于在第一受控关系下实现第一功能模块U的第一子量子线路，所述第一功能模块满足并用于实现所述第一子量子态至第二子量子态 的演化，其中，|i>表示量子数据|x>的基态，xi表示|i>的振幅；
步骤2：构造用于在第二受控关系下实现第二功能模块P的第二子量子线路，所述第二功能模块满足并用于实现所述第二子量子态至第三子量子态 的演化，其中，N表示用于测量量子数据|x>的样本个数，ni表示对N个样本进行测量，出现结果为|i>的次数，且满足δ为预设精度；
步骤3：将所述第一功能模块和所述第二功能模块组合，生成对所述所有数据量子比特的量子态执行纠缠操作的第二模块。
需要说明的是，所述第一受控关系为|0>控或虚控，所述第二受控关系为|1>控或实控。N是对量子态|x>进行测量的次数，或者理解为用于测量的量子态|x>的样本个数。样本数由数据维数d和预设测量精度δ确定，有其中，K表示样本量系数，在本申请中可以取K＝36，ni表示对N个样本进行测量，出现结果为|i>的次数，显然有因此可以寻找到一个幺正算子P，满足
参见图4，图4是本发明实施例提供的一种第二模块对应的量子线路示意图，其中，位于高位的辅助量子比特上的空心圆代表|0>控或虚控，表示在量子态为|0>时，执行对应的U算符演化；位于高位的辅助量子比特上的实心圆代表|1>控或实控，表示在量子态为|1>时，执行对应的P算符演化。
需要说明的是，结合上述经第一模块演化完成后的第一子量子态第一功能模块满足U实现第一子量子态至第二子量子态的演化，第二功能模块P实现第二子量子态至第三子量子态的演化。
S204：构建对所述辅助量子比特的量子态执行第二叠加操作的第三模块。
具体的，与前述构建第一模块相似的方法，可以利用预设量子逻辑门或者酉算符，构建对辅助量子比特的量子态执行第二叠加操作的第三模块，示例性的，利用Hadamard量子逻辑门，构建对辅助量子比特的量子态执行第二叠加操作的第三模块，其中，所述第三模块用于实现所述第三子量子态至第二叠加操作对应的第四子量子态的量子态演化。
S205：依次将所述第一模块、所述第二模块以及所述第三模块置于所获得的量子比特上，生成量子态层析算法对应量子线路。
示例性的，参见图5，图5是本发明实施例提供的一种量子态层析算法对应的量子线路示意图，图中省略了测量操作模块，仅展示了依次将第一模块、第二模块以及第三模块置于所获得的量子比特上。图中获取一组(m+1)个量子比特的量子线路，并将所有量子比特的初态置为|0>，在第一模块中主要使用了Hadamard量子逻辑门，首先使用Hadamard量子逻辑门作用于辅助量子比特的初态|0>上，使其转化为第一子量子态然后通过对所有数据量子比特的量子态执行纠缠操作的第二模块，实现至第三子量子态的演化，最后利用第三模块中的Hadamard量子逻辑门实现第三子量子态 至第二叠加操作对应的第四子量子态 的量子态演化。
需要说明的是，所述量子态层析算法对应量子线路还可以包括作用于所有所述量子比特上的测量模块，添加测量模块，作用是使量子比特实现退相干，实现量子数据到经典数据的转化。在一种可选的实施方式中，可以通过测量第四子量子态中|0,i>出现的次数n0|0,i>，并且当n0|0,i>>0.4piN时，此时，将量子数据|x>转化为经典数据 否则当n0|0,i>≤0.4piN时，此时，将量子数据|x>转化为经典数据
可见，本发明首先获得一组量子比特，包括m个数据量子比特和一个辅助量子比特，构建对辅助量子比特的量子态执行第一叠加操作的第一模块，构建对所有数据量子比特的量子态执行纠缠操作的第二模块，构建对辅助量子比特的量子态执行第二叠加操作的第三模块，依次将第一模块、第二模块以及第三模块置于所获得的量子比特上，生成量子态层析算法对应量子线路，它通过提出一种量子态层析算法对应量子线路的构建方法，完成量子态层析算法和量子变分线性求解器的对接，可以实现在真实量子计算机上运行，加速量子数据向经典数据的转化，填补了相关领域的空白。
参见图6，图6为本发明实施例提供的一种量子态层析算法对应量子线路的构建装置的结构示意图，与图2所示的流程相对应，可以包括：
获得模块601，用于获得一组量子比特，所述量子比特包括m个数据量子比特和一个辅助量子比特，其中,m＝log2d，d为量子数据|x>的维数；
第一构建模块602，用于构建对所述辅助量子比特的量子态执行第一叠加操作的第一模块；
第二构建模块603，用于构建对所述所有数据量子比特的量子态执行纠缠操作的第二模块；
第三构建模块604，用于构建对所述辅助量子比特的量子态执行第二叠加操作的第三模块；
生成模块605，用于依次将所述第一模块、所述第二模块以及所述第三模块置于所获得的量子比特上，生成量子态层析算法对应量子线路。
具体的，所述第二构建模块，包括：
第一构造单元，用于构造用于在第一受控关系下实现第一功能模块U的第一子量子线路，所述第一功能模块满足并用于实现所述第一子量子态至第二子量子态的演化，其中，|i>表示量子数据|x>的基态，xi表示|i>的振幅；
第二构造单元，用于构造用于在第二受控关系下实现第二功能模块P的第二子量子线路，所述第二功能模块满足并用于实现所述第二子量子态至第三子量子态的演化，其中，N表示用于测量量子数据|x>的样本个数，ni表示对N个样本进行测量，出现结果为|i>的次数，且满足δ为预设精度；
生成单元，用于将所述第一功能模块和所述第二功能模块组合，生成对所述所有数据量子比特的量子态执行纠缠操作的第二模块。
与现有技术相比，本发明首先获得一组量子比特，包括m个数据量子比特和一个辅助量子比特，构建对辅助量子比特的量子态执行第一叠加操作的第一模块，构建对所有数据量子比特的量子态执行纠缠操作的第二模块，构建对辅助量子比特的量子态执行第二叠加操作的第三模块，依次将第一模块、第二模块以及第三模块置于所获得的量子比特上，生成量子态层析算法对应量子线路，它通过提出一种量子态层析算法对应量子线路的构建方法，完成量子态层析算法和量子变分线性求解器的对接，可以实现在真实量子计算机上运行，加速量子数据向经典数据的转化，填补了相关领域的空白。
本发明实施例还提供了一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时实现上述任一项中方法实施例中的步骤。
具体的，在本实施例中，上述存储介质可以被设置为存储用于实现以下步骤的计算机程序：
S201：获得一组量子比特，所述量子比特包括m个数据量子比特和一个辅助量子比特，其中,m＝log2d，d为量子数据|x>的维数；
S202：构建对所述辅助量子比特的量子态执行第一叠加操作的第一模块；
S203：构建对所述所有数据量子比特的量子态执行纠缠操作的第二模块；
S204：构建对所述辅助量子比特的量子态执行第二叠加操作的第三模块；
S205：依次将所述第一模块、所述第二模块以及所述第三模块置于所获得的量子比特上，生成量子态层析算法对应量子线路。
具体的，在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于：U盘、只读存储器(Read-Only Memory，简称为ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称为RAM)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储计算机程序的介质。
本发明实施例还提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以实现上述任一项中方法实施例中的步骤。
具体的，上述电子装置还可以包括传输设备以及输入输出设备，其中，该传输设备和上述处理器连接，该输入输出设备和上述处理器连接。
具体的，在本实施例中，上述处理器可以被设置为通过计算机程序实现以下步骤：
S201：获得一组量子比特，所述量子比特包括m个数据量子比特和一个辅助量子比特，其中,m＝log2d，d为量子数据|x>的维数；
S202：构建对所述辅助量子比特的量子态执行第一叠加操作的第一模块；
S203：构建对所述所有数据量子比特的量子态执行纠缠操作的第二模块；
S204：构建对所述辅助量子比特的量子态执行第二叠加操作的第三模块；
S205：依次将所述第一模块、所述第二模块以及所述第三模块置于所获得的量子比特上，生成量子态层析算法对应量子线路。
以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种量子态层析算法对应量子线路的构建方法，其特征在于，所述方法包括：
获得一组量子比特，所述量子比特包括m个数据量子比特和一个辅助量子比特，其中,m＝log2d，d为量子数据|x>的维数；
构建对所述辅助量子比特的量子态执行第一叠加操作的第一模块；
构建对所述所有数据量子比特的量子态执行纠缠操作的第二模块；
构建对所述辅助量子比特的量子态执行第二叠加操作的第三模块；
依次将所述第一模块、所述第二模块以及所述第三模块置于所获得的量子比特上，生成量子态层析算法对应量子线路。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一组量子比特的初态均置为|0>态。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一模块用于实现初态至所述第一叠加操作对应的第一子量子态 的演化。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述构建对所述所有数据量子比特的量子态执行纠缠操作的第二模块，包括：
构造用于在第一受控关系下实现第一功能模块U的第一子量子线路，所述第一功能模块满足并用于实现所述第一子量子态至第二子量子态的演化，其中，|i>表示量子数据|x>的基态，xi表示|i>的振幅；
构造用于在第二受控关系下实现第二功能模块P的第二子量子线路，所述第二功能模块满足并用于实现所述第二子量子态至第三子量子态 的演化，其中，N表示用于测量量子数据|x>的样本个数，ni表示对N个样本进行测量，出现结果为|i>的次数，且满足δ为预设精度；
将所述第一功能模块和所述第二功能模块组合，生成对所述所有数据量子比特的量子态执行纠缠操作的第二模块。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一受控关系为|0>控或虚控；所述第二受控关系为|1>控或实控。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第三模块用于实现所述第三子量子态至第二叠加操作对应的第四子量子态的演化。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述量子态层析算法对应量子线路还包括作用于所有所述量子比特上的测量模块。
8.一种量子态层析算法对应量子线路的构建装置，其特征在于，所述装置包括：
获得模块，用于获得一组量子比特，所述量子比特包括m个数据量子比特和一个辅助量子比特，其中,m＝log2d，d为量子数据|x>的维数；
第一构建模块，用于构建对所述辅助量子比特的量子态执行第一叠加操作的第一模块；
第二构建模块，用于构建对所述所有数据量子比特的量子态执行纠缠操作的第二模块；
第三构建模块，用于构建对所述辅助量子比特的量子态执行第二叠加操作的第三模块；
生成模块，用于依次将所述第一模块、所述第二模块以及所述第三模块置于所获得的量子比特上，生成量子态层析算法对应量子线路。
9.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时实现所述权利要求1至7任一项中所述的方法。
10.一种电子装置，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以实现所述权利要求1至7任一项中所述的方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202211654241.9A CN118278533A (zh) | 2022-12-22 | 2022-12-22 | 一种量子态层析算法对应量子线路的构建方法及装置 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202211654241.9A CN118278533A (zh) | 2022-12-22 | 2022-12-22 | 一种量子态层析算法对应量子线路的构建方法及装置 |
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| CN118278533A true CN118278533A (zh) | 2024-07-02 |
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Country Status (1)
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-
2022
- 2022-12-22 CN CN202211654241.9A patent/CN118278533A/zh active Pending
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