一种量子电路仿真平台制造技术

本发明专利技术公开了一种量子电路仿真平台，量子电路仿真平台包括一套量子电路类库，一种量子电路设计计算演示平台；量子电路类库：包括门库模块、基础数据结构模块、量子电路基本操作模块、量子电路复杂算法模块、调用模块；量子电路设计计算演示平台：分为浏览器端与服务器端，其中服务器端包括核心运算模块、指令接收模块、输出显示模块。本发明专利技术适用于相关研究人员设计、计算量子电路，设计量子电路算法，展示设计电路。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于量子信息科学
本专利技术涉及一种量子电路仿真平台，这包括 了一套量子电路类库，一种量子电路设计计算演示平台。本专利技术适用于相关研宄人员设计、 计算量子电路，设计量子电路算法，展示设计电路。
技术介绍
量子电路实质上是由各种量子门组成的可逆逻辑电路，具有某种特定的函数功 能，其电路的特点是：输入线数与输出线数相等、没有扇入与扇出、没有反馈、电路分层级 联。量子电路与经典电路不同，输入态和输出态都是经典信号，用量子力学的语言来描述， 也即是，其输入态和输出态都是某一力学量的本征态，而量子电路的输入态和输出态为一 般的叠加态。由此可见，量子计算对经典计算作了极大的扩充，经典计算是一类特殊的量子 计算。 学界对量子电路的研宄目前还处于起步阶段，研宄方向主要分为量子电路综合、 优化以及检测三个方向。对特定功能量子电路的综合方法仍然在不断改进中，常用的综合 方法仍然要或多或少地借用枚举，复杂度并不低。在高复杂度情况下，高效的数据结构及其 尽可能减少不必要步骤的基础操作是十分必要的。 由于相关研宄人员对计算机理解程度不同，不同人员在设计相同或类似算法时产 生的时间误差较大，获得的算法也很难移植。此外，设计程序时需要从底层的量子电路的数 据结构开始搭建，对于新的算法则需要重新设计适用的数据结构，过程复杂并且耗费大量 时间。因此需要统一数据结构，接收标准输入，可以产生标准输出，算法可提取移植的量子 电路仿真平台。 另一方面，非相关研宄人员往往不太了解量子电路以及量子电路的计算过程，在 没有图例的情况下也比较难解释。本专利技术可以自动绘制量子电路图和量子电路计算结果灰 度仿真图，在一定程度上可以帮助了解量子电路。 已知的相关仿真平台仅有UniversityBremen设计的可逆电路仿真模拟平台 revkit。revkit仿真平台是一个辅助设计可逆电路的开源工具包，也可称为revkit类库。 该类库的强处在于综合、优化可逆电路，但是对量子电路设计，尤其是量子电路类库鲜有设 计。在国内还没有相关仿真平台出现。本专利技术参考了revkit的设计思路，以可扩展性高、 灵活度高为宗旨，采用了自主设计的仿真平台架构。
技术实现思路
本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：一种量子电路仿真平台，包括一套量子 电路类库，一种量子电路设计计算演示平台； 量子电路类库：包括门库模块、基础数据结构模块、量子电路基本操作模块、量子电路 复杂算法模块、调用模块； 量子电路设计计算演示平台：分为浏览器端与服务器端，其中服务器端包括核心运算 模块、指令接收模块、输出显示模块。 门库模块，由一个文件夹以及对该文件夹进行操作的程序组成，文件夹中又包含 多个子文件夹，每一个子文件夹代表一个具体的门库，子文件夹中存储".rule"后缀文件， 文件内容为非基本门的化简规则以及基本门的计算规则。 基础数据结构模块由量子门、量子电路线、量子电路的基础数据结构以及允许对 其数据结构进行的操作组成。 量子电路基本操作模块：核心操作为添加量子电路线、删除量子电路线、添加量子 门、删除量子门、计算量子电路，其中添加与删除量子电路线的位置只能在线序的首部与尾 部，同时也存在其他非基本操作。 量子电路复杂算法模块：用户能够根据该层所提供的方法自定义新的算法并存 储。 调用模块：将量子电路基本操作模块和量子电路复杂算法模块中部分方法加工成 指令以便调用，同时可以输出三份".txt"格式文档，分别是提示与错误信息、量子电路文 档、量子电路计算结果文档。 核心运算模块：以量子电路类库为基础，对于量子电路类库的调用模块所能提供 的所有封装方法都加工并保留。 指令接收模块：接收并处理用户在浏览器端所输入的内容，对处理后的内容进行 简单检查，检查无误后依次调用核心运算模块提供的封装方法。 输出显示模块：传输提示与错误信息、量子电路简单信息、量子电路图、量子电路 计算结果灰度仿真图。 本专利技术与现有技术相比具有以下优点： 在本专利技术的量子电路类库部分的门库模块中：抽象了基于不同门库的量子电路的构造 方法，对于新发现的可行的量子门库，不需要重新设计仿真平台的计算模块，仅需在门库模 块添加相应量子门库规则。 在本专利技术的量子电路类库部分的量子电路基本操作模块中：设计了合理的基于量 子电路的基本构造操作。基于量子电路设计的算法、设计的用于构造量子电路的算法，本质 上都是由有限的对量子电路操作级联而成的。使用这些基本操作可以构建任何量子电路， 也可以满足绝大部分量子电路综合、优化以及纠错算法对量子电路数据结构的需求。设计 完的算法可以保存到量子电路复杂算法模块并在需要时调用，实现了可复用。 在本专利技术的量子电路类库部分的门库模块中：自定义了一套可以较完整描述非基 本门分解方法的标准。到目前为止，国内外在描述非基本门分解方法方面仍然有很大空白。 常见的描述方法是绘图表示法，绘图表示规则需要附上解释说明。本专利技术将逻辑门的分解 规则公式化、规格化，并做好可以供计算机读取的接口，能够更加便捷地分解逻辑电路。 在本专利技术的量子电路类库部分的指令接收模块中：定义了一系列便于用户操作， 同时也对应调用下层程序的指令。这些指令实际上组成了一套最简的量子电路编程语言环 境。同时这套语言环境是可通过注册扩展的。 与revkit类库相比，本专利技术采用的架构各个模块的可扩展性更高。在量子电路 类库部分的门库模块、量子电路复杂算法模块，用户可以根据需求依据模块功能扩展模块。 熟悉编程方法的用户甚至可以替换相应模块的实现方法，前提是新的模块功能不变。与 revkit类库相比，本专利技术更加注重于量子电路的基础数据结构的仿真，在实现可逆电路以 上功能的同时，也搭建了可逆电路以下，即量子电路部分的平台仿真。【附图说明】 图1为本专利技术中量子电路类库架构示意图； 图2为非基本门位线位置描述举例参考图； 图3为本专利技术中量子电路设计计算演示平台架构示意图； 图4为量子电路设计计算演示平台内部工作流程图。【具体实施方式】 为了加深对本专利技术的理解，下面将结合已有方法和附图对本专利技术作进一步详述， 已有方法仅用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术保护范围的限定。 本专利技术所包括的内容：一种量子电路仿真平台包括两个部分，一套量子电路类库， 一种量子电路设计计算演示平台。 -套量子电路类库是基于C++11开发的，可以完成量子电路的构造，量子电路的 计算，接收量子电路的基本输入，产生量子电路的标准输出；一种量子电路设计计算演示平 台以量子电路类库为核心，扩展了几种演示方式，可以完成接收对量子电路操作指令的输 入，根据指令调用量子电路类库内容构建量子电路，生成标准量子电路图以及量子电路灰 度仿真图。 -套量子电路类库包括了门库模块、基础数据结构模块、量子电路基本操作模块、 量子电路复杂算法模块、调用模块，架构见图1。 门库模块包括量子门库数据的存储、对量子门库的读取与调用方法。量子门库数 据都存储在一个总文件夹中，总文件夹中每个文件夹分别代表一个具体的量子门库，每一 个具体的量子门库文件夹中又包含了多个文件，文件为".rule"格式，自定义的文件格式是 为了区分文件，每个文件代表该门库中一个基本量子门的计算方法或该门库中存在的一个 非基本门分解成该本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种量子电路仿真平台，其特征在于：量子电路仿真平台包括一套量子电路类库，一种量子电路设计计算演示平台；量子电路类库：包括门库模块、基础数据结构模块、量子电路基本操作模块、量子电路复杂算法模块、调用模块；量子电路设计计算演示平台：分为浏览器端与服务器端，其中服务器端包括核心运算模块、指令接收模块、输出显示模块。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郁可人，管致锦，潘雨坤，曲艺，姚林霞，王伟煜，朱鹏程，程学云，周静，龚雨濛，严杨扬，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32