量子状态搜索方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种量子状态搜索方法及装置，应用于信息安全技术领域。该量子状态搜索方法包括：根据哈达玛变换效应将量子初始态进行变换，得到量子输入态。根据量子黑盒和量子输入态确定迭代算子，基于迭代算子和量子输入态上进行迭代运算，得到量子中间态，并将量子中间态确定为新量子输入态。执行根据量子黑盒和量子输入态确定迭代算子，基于迭代算子和量子输入态上进行迭代运算，得到量子中间态，并将量子中间态确定为新量子输入态的步骤，直至达到预设的终止条件，则得到的量子中间态确定为被标记的量子状态。该方法可提高量子状态搜索方法的计算速率。

Quantum State Search Method and Device

The invention discloses a quantum state search method and device, which is applied in the field of information security technology. The quantum state search method includes: transforming the initial state of the quantum according to the Hadamard transformation effect to obtain the quantum input state. The iteration operator is determined according to the quantum black box and the quantum input state. The quantum intermediate state is obtained by iteration operation on the basis of the iteration operator and the quantum input state, and the quantum intermediate state is determined as a new quantum input state. The iteration operator is determined according to the quantum black box and the quantum input state. The quantum intermediate state is obtained by iteration on the basis of the iteration operator and the quantum input state. The quantum intermediate state is determined as a new quantum input state until the preset termination condition is reached. The quantum intermediate state is determined as a labeled quantum state. This method can improve the computational speed of the quantum state search method.

【技术实现步骤摘要】
量子状态搜索方法及装置
本专利技术涉及信息安全
，尤其涉及一种量子状态搜索方法及装置。
技术介绍
随着信息化社会的不断提高，微电子技术飞速发展，使得电路上元器件的尺寸越来越小。根据摩尔定律，传统计算机的计算能力会随着集成电路上元器件数目的增加而增加。然而进入纳米时代，晶体管的体积越来越小，电路上增加的元器件越来越多，会严重影响晶体管的性能。其次，小尺寸晶体管会带来量子隧穿效应，会干扰经典计算机的计算，若处理不好会烧坏电子线路。电路的高集成度导致摩尔定律渐渐无效，使传统计算机的发展遇到瓶颈。因此，量子计算凭借其强大的并行计算能力成为国际的研究热点。量子计算是量子力学与计算机科学结合的产物，是一种新型的计算方式。其中，量子状态搜索方法由于打破某些经典算法的限制，提升了算法的速率而受到了广大研究者的关注。然而，目前的Grover量子搜索算法的计算速率存在不够高的问题。
技术实现思路
本专利技术实施例的主要目的在于提供一种量子状态搜索方法及装置，可提高量子状态搜索方法的计算速率。本专利技术实施例第一方面提供了一种量子状态搜索方法，所述方法包括：根据哈达玛变换效应将量子初始态进行变换，得到量子输入态；根据量子黑盒和所述量子输入态确定迭代算子，基于所述迭代算子和所述量子输入态上进行迭代运算，得到量子中间态，并将所述量子中间态确定为新量子输入态；执行所述根据量子黑盒和所述量子输入态确定迭代算子，基于所述迭代算子和所述量子输入态上进行迭代运算，得到量子中间态，并将所述量子中间态确定为新量子输入态的步骤，直至达到预设的终止条件，则得到的量子中间态确定为被标记的量子状态。本专利技术实施例第二方面提供了一种量子状态搜索装置，所述装置包括：变换单元，用于根据哈达玛变换效应将量子初始态进行变换，得到量子输入态；迭代单元，用于根据量子黑盒和所述量子输入态确定迭代算子，基于所述迭代算子和所述量子输入态上进行迭代运算，得到量子中间态，并将所述量子中间态确定为新量子输入态；输出单元，用于执行所述根据量子黑盒和所述量子输入态确定迭代算子，基于所述迭代算子和所述量子输入态上进行迭代运算，得到量子中间态，并将所述量子中间态确定为新量子输入态的步骤，直至达到预设的终止条件，则得到的量子中间态确定为被标记的量子状态。从上述实施例可知，通过利用多变的迭代算子，使得后续迭代运算后使用的迭代算子随着迭代次数的增加而变换，并且在搜索过程中，旋转轴同样随着迭代次数的增加而变换，而不是利用固定的迭代算子和固定的旋转轴，从而突破了原有量子搜索算法计算速率的限制，提高了搜索被标记的量子状态的计算速率。附图说明图1是本专利技术提供的第一实施例中的量子状态搜索方法的实现流程示意图；图2是本专利技术提供的第一实施例中的量子状态搜索方法的线路框图；图3是本专利技术提供的第一实施例中的迭代算子的线路图；图4是本专利技术提供的第一实施例中的进行两次迭代运算的示意图；图5是本专利技术提供的第一实施例中的量子状态搜索方法的应用示意图；图6是本专利技术提供的第二实施例中的量子状态搜索装置的结构示意图。具体实施方式为使得本专利技术的专利技术目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而非全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1，图1是本专利技术提供的第一实施例中的量子状态搜索方法的实现流程示意图。如图1所示，该方法主要包括以下步骤：101、根据哈达玛变换效应将量子初始态进行变换，得到量子输入态。具体的，量子计算是量子力学与计算机科学结合的产物，本实施例中的量子状态搜索方法应用于无序数据库，无序数据库中的数据呈现随机排布。现将问题描述为在包括N个待搜索量子状态的搜索空间中搜索被标记的量子状态。进一步地，通过以下公式，根据Hadamard(哈达玛)变换效应将量子初始态进行变换，得到量子输入态：式中，|ψ0>为第一次迭代运算中使用的量子输入态，为Hadamard变换效应，为量子初始态。102、根据预设目标状态确定量子黑盒。具体的，该量子输入态为等幅度值的叠加态，量子输入态进一步表示为：该量子黑盒为酉矩阵形式，通过以下公式，根据预设目标状态确定量子黑盒：O＝I-2|τ><τ|。式中，O为量子黑盒，I为单位矩阵，|τ>为预设目标状态。103、根据量子黑盒和该量子输入态确定迭代算子，基于该迭代算子和该量子输入态上进行迭代运算，得到量子中间态，并将该量子中间态确定为新量子输入态。具体的，第一次迭代运算中使用的迭代算子为：G0＝(2|ψ0><ψ0|-I)O。则第一次迭代运算完成后得到的量子中间态，即第二次迭代运算中使用的量子输入态为：104、执行该根据量子黑盒和该量子输入态确定迭代算子，基于该迭代算子和该量子输入态上进行迭代运算，得到量子中间态，并将该量子中间态确定为新量子输入态的步骤，直至达到预设的终止条件，则得到的量子中间态确定为被标记的量子状态。具体的，如图2及图3所示，n量子比特为量子初始态，oracle的工作空间为量子黑盒。进一步地，量子黑盒为酉矩阵形式，通过以下公式，执行该根据量子黑盒和该量子输入态确定迭代算子，基于该迭代算子和该量子输入态上进行迭代运算，得到量子中间态，并将该量子中间态确定为新量子输入态的步骤，直至达到预设的终止条件，则得到的量子中间态确定为被标记的量子状态：|ψk>＝Gk-1Gk-2…G1G0|ψ0>；Gi＝(2|ψi><ψi|-I)O；式中，|ψk>为被标记的量子状态，|ψi>为第i+1次迭代运算中使用的量子输入态，Gi为i+1次迭代运算中使用的迭代算子，i∈[0,k-1]，k为迭代终止次数，i∈[0,k-1]，O为量子黑盒。其中，将第一次迭代运算过程完成后得到的量子中间态|ψ1>作为第二次迭代运算中使用的量子输入态，第二次迭代运算中使用的迭代算子为：G1＝(2|ψ1><ψ1|-I)O。其中，第二次迭代运算中的变化操作算子为：则第二次迭代运算完成后得到的量子中间态，即第三次迭代运算中使用的量子输入态为：接着，第三次迭代过程中使用的迭代算子为：G2＝(2|ψ2><ψ2|-I)O。其中，第三次迭代运算中的变化操作算子为：则第三次迭代运算完成后得到的量子中间态，第四次迭代运算中使用的量子输入态为：从上述|ψ1>、|ψ2>及|ψ3>的表达式中可以看到，在每次迭代运算过程中使用的迭代算子并不固定。就每次迭代之后的状态而言，多变迭代算子的运用加快了预设目标状态概率幅的增加，加快了非预设目标状态概率幅的降低。因此，定义第i次迭代运算完成后的量子中间态，即第i+1次迭代运算中使用的量子输入态为：|ψi>＝a|ψ0>+b|τ>(0<a<1,0<b&a本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种量子状态搜索方法，其特征在于，所述方法包括：根据哈达玛变换效应将量子初始态进行变换，得到量子输入态；根据量子黑盒和所述量子输入态确定迭代算子，基于所述迭代算子和所述量子输入态上进行迭代运算，得到量子中间态，并将所述量子中间态确定为新量子输入态；执行所述根据量子黑盒和所述量子输入态确定迭代算子，基于所述迭代算子和所述量子输入态上进行迭代运算，得到量子中间态，并将所述量子中间态确定为新量子输入态的步骤，直至达到预设的终止条件，则得到的量子中间态确定为被标记的量子状态。

【技术特征摘要】
1.一种量子状态搜索方法，其特征在于，所述方法包括：根据哈达玛变换效应将量子初始态进行变换，得到量子输入态；根据量子黑盒和所述量子输入态确定迭代算子，基于所述迭代算子和所述量子输入态上进行迭代运算，得到量子中间态，并将所述量子中间态确定为新量子输入态；执行所述根据量子黑盒和所述量子输入态确定迭代算子，基于所述迭代算子和所述量子输入态上进行迭代运算，得到量子中间态，并将所述量子中间态确定为新量子输入态的步骤，直至达到预设的终止条件，则得到的量子中间态确定为被标记的量子状态。2.如权利要求1所述的量子状态搜索方法，其特征在于，所述量子黑盒为酉矩阵形式，则通过以下公式，执行所述根据量子黑盒和所述量子输入态确定迭代算子，基于所述迭代算子和所述量子输入态上进行迭代运算，得到量子中间态，并将所述量子中间态确定为新量子输入态的步骤，直至达到预设的终止条件，则得到的量子中间态确定为被标记的量子状态：|ψk>＝Gk-1Gk-2…G1G0|ψ0>；Gi＝(2|ψi><ψi|-I)O；式中，|ψk>为被标记的量子状态，|ψi>为第i+1次迭代运算中使用的量子输入态，Gi为i+1次迭代运算中使用的迭代算子，i∈[0,k-1]，k为迭代终止次数，i∈[0,k-1]，O为所述量子黑盒。3.如权利要求2所述的量子状态搜索方法，其特征在于，通过以下公式，根据哈达玛变换效应将量子初始态进行变换，得到量子输入态：式中，|ψ0>为第一次迭代运算中使用的量子输入态，为哈达玛变换效应，为量子初始态。4.如权利要求3所述的量子状态搜索方法，其特征在于，所述量子输入态为等幅度值的叠加态，则所述根据哈达玛变换效应将量子初始态进行变换，得到量子输入态之后，包括：根据预设目标状态确定量子黑盒。5.如权利要求4所述的量子状态搜索方法，其特征在于，通过以下公式，根据预设目标状态确定量子黑盒：O＝I-2|τ><τ|；式中，O为量子黑盒，I为单位矩阵，|τ>为预设目标状态。6.一种量子状态搜索装置，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙志伟，马利芬，徐光青，王平，
申请(专利权)人：深圳职业技术学院，深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44