一种量子搜索方法、系统、电子装置及存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种量子搜索方法、系统、电子装置及存储介质，用于量子计算，解决了现有技术中的量子搜索方法有待提高的问题，其包括：在接收需要搜索的问题后，初始化用于量子计算的计算机系统，得到计算机系统的初始状态；对计算机系统的初始状态进行转换，得到计算机系统的均衡叠加态；使用G算子迭代并更新计算机系统的均衡叠加态，得到计算机系统的系统状态；对计算机系统的系统状态直接进行测量，得到测量结果；使用经典Oracle函数对所述测量结果进行验证，在验证所述测量结果为问题正确解的目标状态后，输出所述测量结果；从而降低了量子搜索方法线路的复杂性，提高了量子搜索方法的速率。

A Quantum Search Method, System, Electronic Device and Storage Media

【技术实现步骤摘要】
一种量子搜索方法、系统、电子装置及存储介质
本专利技术涉及信息安全
，尤其涉及一种量子搜索方法、系统、电子装置及存储介质。
技术介绍
由于量子特性在信息处理过程中有着特殊的性质，因而可能在提高算法速率、提供安全性、增大信息存储量和提高精准度等这几个方面突破经典计算的极限。因此，将量子力学首次应用到计算机科学领域中，诞生一门新的交叉学科，即量子计算，对国家安全、军事和产业等领域有着颠覆性影响的研究方向。在计算机科学中，从无序的数据库中找到目标数据是数据库搜索问题。该问题为：假设有N个无序条目，将其标号，确定里面是否存在一个‘ABC’条目，如果存在这个‘ABC’条目，找出这个条目的下标。经典算法需经过O(N)次运算才能找到这个条目。1996年，Grover提出了运算速度得到平方增长的量子搜索方法，即Grover算法，Grover算法通过反复使用G算子，放大目标状态的概率幅，减小非目标状态的概率幅，以接近1的概率找到目标状态。该算法将oracle调用次数从经典算法的O(N)降低到但是，虽然Grover算法能以高概率测量到搜索问题解的状态，但是应用了更多次的G量子线路，使整个算法的量子线路相较于经典算法更为复杂，因此现有的量子搜索方法，运算效率仍有待提高。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种量子搜索方法，旨在解决现有技术中的量子搜索方法有待提高的技术问题。为实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种量子搜索方法，包括：在接收需要搜索的问题后，初始化用于量子计算的计算机系统，得到计算机系统的初始状态；对计算机系统的初始状态进行转换，得到计算机系统的均衡叠加态；使用G算子迭代并更新计算机系统的均衡叠加态，得到计算机系统的系统状态；对计算机系统的系统状态直接进行测量，得到测量结果；使用经典Oracle函数对所述测量结果进行验证，在验证所述测量结果为问题正确解的目标状态后，输出所述测量结果。进一步地，所述对计算机系统的初始状态进行转换，得到计算机系统的均衡叠加态包括：将计算机系统的初始状态经过Hadamard变换，得到计算机系统的第一均衡叠加态；将计算机系统归一化的目标状态及归一化的非目标状态作为二维空间中的状态向量，并在计算机系统的第一均衡叠加态的基础上，重新构造计算机系统的系统状态，得到适用于G算子的计算机系统的系统状态。进一步地，所述使用G算子迭代并更新计算机系统的均衡叠加态，得到计算机系统的系统状态包括：使用Oracle算子查找计算机系统的第一均衡叠加态中是否存在问题解的状态，若存在所述问题解的状态，则标记所述问题解的状态；对经过Oracle算子查找之后的计算机系统的系统状态进行条件相移操作，以更新计算机系统的均衡叠加态；使用G算子对更新后的计算机系统的均衡叠加态进行次迭代并在每次迭代后更新计算机系统的系统状态。进一步地，所述使用经典Oracle函数对所述测量结果进行验证，在验证所述测量结果为问题正确解的目标状态后，输出所述测量结果包括：使用经典Oracle函数对所述测量结果进行验证；若所述测量结果经过经典Oracle函数验证后与问题正确解的目标状态一致，则输出所述测量结果作为问题正确解；若所述测量结果经过经典Oracle函数验证后与问题正确解的目标状态不一致，则重新初始化用于量子计算的计算机系统，得到计算机系统的初始状态，并重复后续步骤，直至所述测量结果与问题正确解的目标状态一致，输出所述测量结果。本专利技术第二方面提供一种量子搜索系统，包括：量子态制备模块，用于初始化用于量子计算的计算机系统，得到计算机系统的初始状态；量子态变换模块，用于对所述量子态制备模块得到的计算机系统的初始状态进行转换，得到计算机系统的均衡叠加态；量子态更新模块，用于使用G算子迭代并更新所述量子态变换模块得到的计算机系统的均衡叠加态，得到计算机系统的系统状态；测量模块，用于对经过所述量子态更新模块更新后的计算机系统的系统状态直接进行测量，得到测量结果；结果验证模块，用于使用经典Oracle函数对所述测量模块得到的测量结果进行验证，在验证所述测量结果为问题正确解的目标状态后，输出所述测量结果。进一步地，所述量子态变换模块包括：第一变换单元，用于将所述量子态制备模块得到的计算机系统的初始状态经过Hadamard变换，得到计算机系统的第一均衡叠加态；第二变换单元，用于将目标状态划分单元划分的计算机系统归一化的目标状态及归一化的非目标状态作为二维空间中的状态向量，并在所述第一变换单元得到的计算机系统的第一均衡叠加态的基础上，重新构造计算机系统的系统状态，得到适用于G算子的计算机系统的系统状态。进一步地，所述量子态更新模块包括：状态标记单元，用于在Oracle中查找量子的均衡叠加态中是否存在搜索问题解的状态，若存在所述问题解的状态，则标记所述问题解的状态；相位转移单元，用于对经过所述状态标记单元的Oracle算子查找之后的计算机系统的系统状态进行条件相移操作，以更新计算机系统的均衡叠加态；迭代更新单元，用于使用G算子对所述相位转移单元更新后的计算机系统的均衡叠加态进行次迭代，并在每次迭代后更新计算机系统的系统状态。进一步地，所述结果验证模块包括：Oracle验证单元，用于使用经典Oracle函数对所述测量模块得到的测量结果进行验证；测量结果输出单元，用于在所述测量模块得到的测量结果经过经典Oracle函数验证后与所述量子态变换模块构造的问题正确解的目标状态一致，则输出所述测量结果作为问题正确解；循环单元，用于若所述测量模块得到的测量结果经过所述Oracle验证单元的验证后与所述量子态变换模块构造的问题正确解的目标状态不一致，则重新调用量子态制备模块、量子态变换模块、量子态更新模块、测量模块及结果验证模块，直至所述测量结果与问题正确解的目标状态一致，输出所述测量结果。本专利技术第三方面提供一种电子装置，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现上述中的任意一项所述方法。本专利技术第四方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现上述中的任意一项所述方法。本专利技术提供一种量子搜索方法、系统、电子装置及存储介质，有益效果在于：在计算计算机系统的均衡叠加态并更新计算机系统的均衡叠加态后，通过多次测量及验证的方法来确定问题的正确解，减少了G量子线路的调用，从而显著降低了量子搜索方法线路的复杂性，提高了量子搜索方法的运算效率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例量子搜索方法的流程示意框图；图2为本专利技术实施例量子搜索方法的量子线路简图；图3为本专利技术实施例量子搜索方法测量的量子线路和经典Oracle函数线路；图4为本专利技术实施例量子搜索方法的G算子迭代的量子线路简图；图5为本专利技术实施例量子搜索方法的几何过程描述图；图6为本专利技术实施例量子搜索方法经过x次G算子迭代的几何描述图；图7为本专利技术实施例量子搜索本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种量子搜索方法，其特征在于，包括：在接收需要搜索的问题后，初始化用于量子计算的计算机系统，得到计算机系统的初始状态；对计算机系统的初始状态进行转换，得到计算机系统的均衡叠加态；使用G算子迭代并更新计算机系统的均衡叠加态，得到计算机系统的系统状态；对计算机系统的系统状态直接进行测量，得到测量结果；使用经典Oracle函数对所述测量结果进行验证，在验证所述测量结果为问题正确解的目标状态后，输出所述测量结果。

【技术特征摘要】
1.一种量子搜索方法，其特征在于，包括：在接收需要搜索的问题后，初始化用于量子计算的计算机系统，得到计算机系统的初始状态；对计算机系统的初始状态进行转换，得到计算机系统的均衡叠加态；使用G算子迭代并更新计算机系统的均衡叠加态，得到计算机系统的系统状态；对计算机系统的系统状态直接进行测量，得到测量结果；使用经典Oracle函数对所述测量结果进行验证，在验证所述测量结果为问题正确解的目标状态后，输出所述测量结果。2.根据权利要求1所述的量子搜索方法，其特征在于，所述对计算机系统的初始状态进行转换，得到计算机系统的均衡叠加态包括：将计算机系统的初始状态经过Hadamard变换，得到计算机系统的第一均衡叠加态；将计算机系统归一化的目标状态及归一化的非目标状态作为二维空间中的状态向量，并在计算机系统的第一均衡叠加态的基础上，重新构造计算机系统的系统状态，得到适用于G算子的计算机系统的系统状态。3.根据权利要求1所述的量子搜索方法，其特征在于，所述使用G算子迭代并更新计算机系统的均衡叠加态，得到计算机系统的系统状态包括：使用Oracle算子查找计算机系统的第一均衡叠加态中是否存在问题解的状态，若存在所述问题解的状态，则标记所述问题解的状态；对经过Oracle算子查找之后的计算机系统的系统状态进行条件相移操作，以更新计算机系统的均衡叠加态；使用G算子对更新后的计算机系统的均衡叠加态进行次迭代并在每次迭代后更新计算机系统的系统状态。4.根据权利要求1所述的量子搜索方法，其特征在于，所述使用经典Oracle函数对所述测量结果进行验证，在验证所述测量结果为问题正确解的目标状态后，输出所述测量结果包括：使用经典Oracle函数对所述测量结果进行验证；若所述测量结果经过经典Oracle函数验证后与问题正确解的目标状态一致，则输出所述测量结果作为问题正确解；若所述测量结果经过经典Oracle函数验证后与问题正确解的目标状态不一致，则重新初始化用于量子计算的计算机系统，得到计算机系统的初始状态，并重复后续步骤，直至所述测量结果与问题正确解的目标状态一致，输出所述测量结果。5.一种量子搜索系统，其特征在于，包括：量子态制备模块，用于初始化用于量子计算的计算机系统，得到计算机系统的初始状态；量子态变换模块，用于对所述量子态制备模块得到的计算机系统的初始状态进行转换，得到计算机系统的均衡叠加态；量子态更新模块，用于使用G算子迭代并更新所述量子态变换模块得到的计算机系统的均衡叠加态，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王平，马利芬，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44