一种任意量子态的制备方法、系统、设备及介质技术方案

本发明专利技术属于量子计算领域，具体涉及一种任意量子态的制备方法、系统、设备及介质。其中，方法包括：基于量子比特确定所述量子比特所能实现的基础量子态；将所述基础量子态按照预定组合方式进行组合得到组合量子态；基于组合量子态中的基础量子态的比特状态按照预定计算方式将所述组合量子态转换为目标量子态。通过本发明专利技术提出的一种任意量子态的制备方法，可实现任意的量子态，实现量子计算的并行优势。实现量子计算的并行优势。实现量子计算的并行优势。

【技术实现步骤摘要】
一种任意量子态的制备方法、系统、设备及介质


[0001]本专利技术属于量子计算领域，具体涉及一种任意量子态的制备方法、系统、设备及介质。

技术介绍

[0002]随着近年来摩尔定律已接近极限，计算机的计算能力提升有所放缓，人们亟需寻求新的计算方式来确保计算机计算能力的持续提升。量子计算是当前最热门的非冯计算体系架构之一。不同于传统计算中单个比特只能处于0或1其中一种状态，量子比特可以处于|0>态、|1>态或|0>和|1>线性组合所构成的叠加态(此处|>符号为Dirac表示，示意此状态为量子态)。当量子比特处于叠加态时，对量子比特进行的所有操作均可视为对构成叠加态的基态所同时进行操作，因此，量子计算机能够提供天然的并行性。然而，由于量子计算与传统计算的计算原理上存在区别，因此需要为量子计算机设计特有的量子算法才能体现出量子计算的并行性优势。而量子态的制备至关重要。
[0003]因此，亟需一种可灵活设置量子态的制备方法。

技术实现思路

[0004]为解决上述问题，本专利技术提出一种任意量子态的制备方法，包括：
[0005]基于量子比特确定所述量子比特所能实现的基础量子态；
[0006]将所述基础量子态按照预定组合方式进行组合得到组合量子态；
[0007]基于组合量子态中的基础量子态的比特状态按照预定计算方式将所述组合量子态转换为目标量子态。
[0008]在本专利技术的一些实施方式中，将所述基础量子态按照预定组合方式进行组合得到组合量子态包括：
[0009]基于目标量子态的个数确定对基础量子态的分组元素个数，并基于相邻关系按照前后顺序将预定个数基础量子态相加得到组合量子态。
[0010]在本专利技术的一些实施方式中，基于组合量子态中的基础量子态的比特状态按照预定计算方式将所述组合量子态转换为目标量子态包括：
[0011]将组合量子态中值相同的量子比特作为控制比特，将组合量子态中值不同的量子比特作为受控比特。
[0012]在本专利技术的一些实施方式中，基于组合量子态中的基础量子态的比特状态按照预定计算方式将所述组合量子态转换为目标量子态还包括：
[0013]基于组合量子态中对应基础量子态的系数，计算使所述受控比特不为预定值的基础量子态的系数为预定值的旋转角度。
[0014]在本专利技术的一些实施方式中，基于组合量子态中的基础量子态的比特状态按照预定计算方式将所述组合量子态转换为目标量子态还包括：
[0015]通过所述旋转角度将所述受控比特不为预定值的基础量子态的系数置为预定值
得到临时目标量子态。
[0016]在本专利技术的一些实施方式中，方法还包括：
[0017]判断所述临时目标量子态是否等于目标量子态，响应于所述临时目标量子态等于所述目标量子态，将所述临时目标量子态作为目标量子态。
[0018]在本专利技术的一些实施方式中，方法还包括：
[0019]响应于所述临时目标量子态不满足所述目标量子态，将所述临时目标量子态作为新的基础量子态按照预定组合方式组成新的组合量子态，并基于新的基础量子态的比特状态按照预定计算方式将所述新的组合量子态转换为新的临时目标量子态；
[0020]重复上述过程直到所述临时目标量子态等于目标量子态。
[0021]本专利技术的另一方面还提出一种任意量子态的制备系统，包括：
[0022]量子状态获取模块，所述量子状态获取模块配置用于基于量子比特确定所述量子比特所能实现的基础量子态；
[0023]量子状态组合模块，所述量子状态组合模块配置用于将所述基础量子态按照预定组合方式进行组合得到组合量子态；
[0024]量子状态转换模块，所述量子状态转换模块配置用于基于组合量子态中的基础量子态的比特状态按照预定计算方式将所述组合量子态转换为目标量子态。
[0025]本专利技术的又一方面还提出一种计算机设备，包括：
[0026]至少一个处理器；以及
[0027]存储器，所述存储器存储有可在所述处理器上运行的计算机指令，所述指令由所述处理器执行时实现上述实施方式中任意一项所述方法的步骤。
[0028]本专利技术的再一方面还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述实施方式中任意一项所述方法的步骤。
[0029]通过本专利技术提出的一种任意量子态的制备方法，可在算法实现任意的量子态。实现量子计算的并行优势。
附图说明
[0030]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，对于本领域普通技术人员来讲，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。
[0031]图1为本专利技术实施例提供的一种任意量子态的制备方法的实施例流程图；
[0032]图2为本专利技术实施例提供的一种任意量子态的制备系统的结构示意图；
[0033]图3为本专利技术实施例提供的一种计算机设备的结构示意图；
[0034]图4为本专利技术实施例提供的一种计算机可读存储介质的结构示意图。
具体实施方式
[0035]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术实施例进一步详细说明。
[0036]本专利技术旨在解决量子计算中任意量子态的制备问题，任意量子态的制备是量子算法设计中重要的步骤之一。以量子图像处理算法为例，图像的拉伸、降噪、边缘检测等处理方式均以图像的量子态表示为基础。考虑到量子计算机的物理实现，应用到量子算法中的量子比特总是以|0>态作为算法开始的初始状态。因此，需要寻求一种任意量子态的制备方法，将用于计算的量子比特由|0>态演化到量子算法所需的任意量子态表示。
[0037]为解决上述问题，本专利技术提出一种任意量子态的制备方法，包括：
[0038]步骤S1、基于量子比特确定所述量子比特所能实现的基础量子态；
[0039]步骤S2、将所述基础量子态按照预定组合方式进行组合得到组合量子态；
[0040]步骤S3、基于组合量子态中的基础量子态的比特状态按照预定计算方式将所述组合量子态转换为目标量子态。
[0041]本专利技术的理论基础为，量子计算本身是一种可逆计算模型，例如，假设U、V、W是三种量子操作，且连续应用U、V、W到量子态|a>后可得到|b>态，写为WVU|a>＝|b>；则逆运行此量子操作可将量子态由|b>恢复到|a>态，写为U
‑1V
‑1W
‑1|b>＝|a>。因此，假设要将n个量子比特由初态|0
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种任意量子态的制备方法，其特征在于，包括：基于量子比特确定所述量子比特所能实现的基础量子态；将所述基础量子态按照预定组合方式进行组合得到组合量子态；基于组合量子态中的基础量子态的比特状态按照预定计算方式将所述组合量子态转换为目标量子态。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述基础量子态按照预定组合方式进行组合得到组合量子态包括：基于目标量子态的个数确定对基础量子态的分组元素个数，并基于相邻关系按照前后顺序将预定个数基础量子态相加得到组合量子态。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于组合量子态中的基础量子态的比特状态按照预定计算方式将所述组合量子态转换为目标量子态包括：将组合量子态中值相同的量子比特作为控制比特，将组合量子态中值不同的量子比特作为受控比特。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于组合量子态中的基础量子态的比特状态按照预定计算方式将所述组合量子态转换为目标量子态还包括：基于组合量子态中对应基础量子态的系数，计算使所述受控比特不为预定值的基础量子态的系数为预定值的旋转角度。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于组合量子态中的基础量子态的比特状态按照预定计算方式将所述组合量子态转换为目标量子态还包括：通过所述旋转角度将所述受控比特不为预定值的基础量子态的系数置为预定值得到临时目标量子态。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：判断...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘幼航，李勇，于洪真，薛长青，刘强，
申请(专利权)人：山东云海国创云计算装备产业创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：