量子纠缠资源调度方法技术

本公开提供了一种量子纠缠资源调度方法

【技术实现步骤摘要】
量子纠缠资源调度方法、装置及电子设备


[0001]本公开涉及量子计算
，尤其涉及量子纠缠
，具体涉及一种量子纠缠资源调度方法
、
装置及电子设备
。

技术介绍

[0002]量子网络可以用来进行量子应用服务，比如，量子通信系统可以部署量子密钥分发应用服务，以使用量子纠缠态来实现安全的信息传输，又比如，量子网络可以部署通信应用服务，将纠缠资源有效地分配给量子网络的各个节点进行通信
。
[0003]量子纠缠是一种在量子力学中非常特殊且独特的现象，其中两个或更多的量子系统会进入到一个密切关联的复合态
。
在这种态中，各个系统的量子状态不能单独定义，而是需要联合其他所有系统作为一个整体考虑
。
[0004]不同结构的量子纠缠可以应用于不同场景中
。
在绝大多数使用场景中，最理想的量子纠缠态是贝尔态
(
即维数为2的最大纠缠态
)。
因此，为了保证量子纠缠在相关应用的实际效果，在真正投入使用之前，需要通过一定操作将给定的量子纠缠态转化为应用所需要的贝尔态，这种操作则被称为量子纠缠提纯
。
[0005]在量子网络中针对量子应用请求对量子应用服务进行纠缠资源调度时，通常是在量子网络的量子纠缠提纯场景下得到纠缠资源的基础上进行直接调度
。

技术实现思路

[0006]本公开提供了一种量子纠缠资源调度方法
、
装置及电子设备
。
[0007]根据本公开的第一方面，提供了一种量子纠缠资源调度方法，包括：
[0008]接收量子网络的量子应用请求，所述量子应用请求用于调度纠缠资源执行量子应用服务；
[0009]基于所述量子应用请求，触发所述量子网络中的节点获取量子纠缠提纯场景下的输入态信息和目标误差；
[0010]基于所述输入态信息和所述目标误差，确定第一关系，所述第一关系为第一预设条件下所述量子纠缠提纯场景的最优转化率与输出态信息的维数的最大优化函数关系，所述第一预设条件为所述输入态信息至最大纠缠态的转化误差小于或等于所述目标误差，所述转化误差是基于所述量子纠缠提纯场景下量子态的施密特向量之间的距离进行度量的；
[0011]基于所述第一关系，确定所述最优转化率的值；
[0012]基于所述量子应用请求和所述最优转化率的值，对所述量子应用服务进行资源调度
。
[0013]根据本公开的第二方面，提供了一种量子纠缠资源调度装置，包括：
[0014]接收模块，用于接收量子网络的量子应用请求，所述量子应用请求用于调度纠缠资源执行量子应用服务；
[0015]获取模块，用于基于所述量子应用请求，触发所述量子网络中的节点获取量子纠
缠提纯场景下的输入态信息和目标误差；
[0016]第一确定模块，用于基于所述输入态信息和所述目标误差，确定第一关系，所述第一关系为第一预设条件下所述量子纠缠提纯场景的最优转化率与输出态信息的维数的最大优化函数关系，所述第一预设条件为所述输入态信息至最大纠缠态的转化误差小于或等于所述目标误差，所述转化误差是基于所述量子纠缠提纯场景下量子态的施密特向量之间的距离进行度量的；
[0017]第二确定模块，用于基于所述第一关系，确定所述最优转化率的值；
[0018]资源调度模块，用于基于所述量子应用请求和所述最优转化率的值，对所述量子应用服务进行资源调度
。
[0019]根据本公开的第三方面，提供了一种电子设备，包括：
[0020]至少一个处理器；以及
[0021]与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
[0022]存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，该指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行第一方面中的任一项方法
。
[0023]根据本公开的第四方面，提供了一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，该计算机指令用于使计算机执行第一方面中的任一项方法
。
[0024]根据本公开的第五方面，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序在被处理器执行时实现第一方面中的任一项方法
。
[0025]根据本公开的技术解决了相关技术中量子网络对量子应用服务的资源调度的灵活性比较差的问题，可以提高量子网络对量子应用服务的资源调度的灵活性和准确性
。
[0026]应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围
。
本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解
。
附图说明
[0027]附图用于更好地理解本方案，不构成对本公开的限定
。
其中：
[0028]图1是根据本公开第一实施例的量子纠缠资源调度方法的流程示意图；
[0029]图2是量子态拷贝数与量子纠缠提纯的平均转化率的关系示意图；
[0030]图3是根据本公开第二实施例的量子纠缠资源调度装置的结构示意图；
[0031]图4是用来实施本公开的实施例的示例电子设备的示意性框图
。
具体实施方式
[0032]以下结合附图对本公开的示范性实施例做出说明，其中包括本公开实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的
。
因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本公开的范围和精神
。
同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述
。
[0033]第一实施例
[0034]如图1所示，本公开提供一种量子纠缠资源调度方法，包括如下步骤：
[0035]步骤
S101
：接收量子网络的量子应用请求，所述量子应用请求用于调度纠缠资源执行量子应用服务
。
[0036]本实施例中，量子纠缠资源调度方法涉及量子计算
，尤其涉及量子纠缠
，其可以广泛应用于量子网络对量子应用服务的纠缠资源的调度场景下
。
本公开实施例的量子纠缠资源调度方法，可以由本公开实施例的量子纠缠资源调度装置执行
。
本公开实施例的量子纠缠资源调度装置可以配置在任意电子设备中，以执行本公开实施例的量子纠缠资源调度方法
。
[0037]量子网络可以为量子密钥分发网络，也可以为量子通信网络，亦或是量子计算机内用于执行量子计算的网络，这里不进行具体限定
。
[0038]量子网络可以从功能上分为多层，其中可以包括上层的量子应用服务层和底层的服务支撑层，底层的服务支撑层可以接收上层的量子应用服务层发送的量子应用请求，以调度纠缠资源用来执行量子应用服务
。
[0039]可选的，量子应用服务包括以下任一项：
[0040]量子密钥分发应用服本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种量子纠缠资源调度方法，包括：接收量子网络的量子应用请求，所述量子应用请求用于调度纠缠资源执行量子应用服务；基于所述量子应用请求，触发所述量子网络中的节点获取量子纠缠提纯场景下的输入态信息和目标误差；基于所述输入态信息和所述目标误差，确定第一关系，所述第一关系为第一预设条件下所述量子纠缠提纯场景的最优转化率与输出态信息的维数的最大优化函数关系，所述第一预设条件为所述输入态信息至最大纠缠态的转化误差小于或等于所述目标误差，所述转化误差是基于所述量子纠缠提纯场景下量子态的施密特向量之间的距离进行度量的；基于所述第一关系，确定所述最优转化率的值；基于所述量子应用请求和所述最优转化率的值，对所述量子应用服务进行资源调度
。2.
根据权利要求1所述的方法，其中，所述基于所述量子应用请求和所述最优转化率的值，对所述量子应用服务进行资源调度，包括：基于所述最优转化率的值，确定所述量子网络的量子纠缠提纯场景下可提纯得到的纠缠资源；在所述可提纯得到的纠缠资源大于或等于所述量子应用请求所请求的纠缠资源的情况下，对所述量子应用服务进行资源调度
。3.
根据权利要求2所述的方法，还包括：在所述可提纯得到的纠缠资源小于所述量子应用请求所请求的纠缠资源的情况下，拒绝响应所述量子应用请求
。4.
根据权利要求2所述的方法，还包括：在所述可提纯得到的纠缠资源小于所述量子应用请求所请求的纠缠资源的情况下，基于所述最优转化率的值，调整所述量子网络的量子纠缠提纯场景下的输入态信息，以提高所述量子纠缠提纯场景下可提纯得到的纠缠资源
。5.
根据权利要求1所述的方法，其中，所述量子应用服务包括以下任一项：量子密钥分发应用服务；通信应用服务；分布式量子计算应用服务
。6.
根据权利要求1所述的方法，其中，所述基于所述第一关系，确定所述最优转化率的值，包括：对所述输入态信息进行施密特分解，以将所述第一关系转换为第二关系和第三关系，所述第二关系为所述最优转化率与第一信息的最小优化函数关系，所述第一信息包括所述输入态信息的第一施密特向量的第一目标范数
、
目标误差和第一变量，所述第一目标范数为所述第一施密特向量的前
K
个最大元素的和，所述第三关系为第二预设条件下所述第一变量的目标取值范围中下界与第二变量的最小优化函数关系，所述第二预设条件为所述第一施密特向量的第二目标范数大于所述目标误差，所述第二目标范数为所述第一施密特向量的前
Y
个最大元素的和，
K
为所述第一变量，
K
为正整数，
Y
为所述第二变量，
Y
为正整数；基于所述第三关系和第二信息，确定所述第一变量的目标取值范围，所述第二信息为所述输入态信息的拷贝数和量子系统维数；
基于所述第二关系和所述第一变量的目标取值范围，确定所述最优转化率的值
。7.
根据权利要求6所述的方法，其中，所述基于所述第三关系和第二信息，确定所述第一变量的目标取值范围，包括：基于所述第三关系，确定所述目标取值范围的下界值；基于所述第二信息，确定所述目标取值范围的上界值
。8.
根据权利要求7所述的方法，其中，所述基于所述第三关系，确定所述目标取值范围的下界值，包括：获取所述第一施密特向量；按照所述第二变量从小到大的顺序，依次获取所述第一施密特向量的第二目标范数；在所述第二目标范数大于所述目标误差的情况下，输出所述第二变量的值；其中，所述第二变量的值为所述目标取值范围的下界值
。9.
根据权利要求8所述的方法，其中，所述获取所述第一施密特向量，包括：获取所述输入态信息中一个拷贝下的量子态的第二施密特向量；基于所述输入态信息的量子系统维数，对所述输入态信息的拷贝数进行分配处理，得到
W
个分配信息，一个分配信息包括一种分配结果和所述分配结果的重复次数；基于所述
W
个分配信息，对所述第二施密特向量中第一元素进行多项式组合，得到
W
种分配结果一一对应的
W
个第二元素和每个第二元素的重复次数，第二元素的重复次数为所述第二元素对应的分配结果的重复次数；将所述
W
个第二元素按照降序排列得到目标向量；其中，所述第一施密特向量由所述目标向量按照每个第二元素的重复次数进行排列得到
。10.
根据权利要求9所述的方法，其中，所述按照所述第二变量从小到大的顺序，依次获取所述第一施密特向量的第二目标范数；在所述第二目标范数大于所述目标误差的情况下，输出所述第二变量的值，包括：按照所述目标向量中第二元素的第一标号从小到大的顺序，基于所述第二元素的重复次数，依次确定所述第一施密特向量中所述第一标号对应元素的第二标号，以及所述第一施密特向量中第三元素的第一加和，所述第三元素包括所述第二标号对应元素和位于所述第二标号对应元素之前的元素；在所述第一加和大于所述目标误差的情况下，输出所述第二变量的值；其中，所述第二变量的值为
N
为所述第二标号，
P
为所述第一加和，
s
i
为所述目标向量中第一标号
i
对应的第二元素，
ε
为所述目标误差
。11.
根据权利要求6所述的方法，其中，所述基于所述第二关系和所述第一变量的目标取值范围，确定所述最优转化率的值，包括：在所述第一变量的目标取值范围中下界等于上界的情况下，确定所述第二关系中最小优化函数值下的第一变量的值为所述目标取值范围中上界，得到所述最优转化率的值
。12.
根据权利要求6所述的方法，其中，所述基于所述第二关系和所述第一变量的目标取值范围，确定所述最优转化率的值，包括：在所述第一变量的目标取值范围中下界不等于上界的情况下，获取所述第一施密特向
量的第一目标范数，得到所述第二关系中优化函数的梯度函数，所述梯度函数为所述第一信息的函数；基于所述梯度函数和所述第一变量的目标取值范围，确定所述优化函数在最小优化函数值下的第一变量的值，得到所述最优转化率的值
。13.
根据权利要求
12
所述的方法，其中，所述获取所述第一施密特向量的第一目标范数，包括：获取目标向量，所述目标向量是基于
W
个第二元素按照降序排列得到的，所述
W
个第二元素是基于
W
个分配信息，对所述输入态信息中一个拷贝下的量子态的第二施密特向量中第一元素进行多项式组合得到的，一个分配信息包括一种分配结果和所述分配结果的重复次数，所述
W
个分配信息是基于所述输入态信息的量子系统维数，对所述输入态信息的拷贝数进行分配处理得到的，所述第一施密特向量由所述目标向量按照每个第二元素的重复次数进行排列得到，第二元素的重复次数为所述第二元素对应的分配结果的重复次数；基于所述目标向量和所述目标向量中第二元素的重复次数，确定所述第一施密特向量的第一目标范数
。14.
根据权利要求
13
所述的方法，其中，所述基于所述目标向量和所述目标向量中第二元素的重复次数，确定所述第一施密特向量的第一目标范数，包括：按照所述目标向量中第二元素的第一标号从小到大的顺序，基于所述第二元素的重复次数，依次确定所述第一施密特向量中所述第一标号对应元素的第二标号，以及所述第一施密特向量中第三元素的第一加和，所述第三元素包括所述第二标号对应元素和位于所述第二标号对应元素之前的元素；在所述第一变量小于所述第二标号的情况下，输出所述第一施密特向量的第一目标范数；其中，所述第一目标范数为
s
i
*(K
‑
N)+P
，
N
为所述第二标号，
P
为所述第一加和，
s
i
为所述目标向量中第一标号
i
对应的第二元素
。15.
根据权利要求
13
所述的方法，其中，所述基于所述目标向量和所述目标向量中第二元素的重复次数，确定所述第一施密特向量的第一目标范数，包括：基于所述目标向量中
W
个第二元素的
W
个第一标号和所述目标向量中第二元素的重复次数，确定所述第一施密特向量中
W
个第一标号对应元素的
W
个第二标号；对所述第一变量进行二分法搜索，并在搜索得到所述第一变量位于目标区间的情况下，输出所述第一施密特向量的第一目标范数；其中，所述目标区间为所述
W
个第二标号中所述二分法搜索中二分值对应的相邻两个第二标号所确定的区间，所述第一目标范数为
s
c+1
*(K
‑
N
c
)+P
c
，
c
为所述二分值，
s
c+1
为所述目标向量中第一标号
c+1
对应的第二元素，
N
c
为所述第一施密特向量中第一标号
c
对应元素的第二标号，
P
c
为所述第一施密特向量中第四元素的第二加和，所述第四元素包括第一标号
c
对应元素和第一标号
c
对应元素之前的元素
。16.
根据权利要求
12
所述的方法，其中，所述基于所述梯度函数和所述第一变量的目标取值范围，确定所述优化函数在最小优化函数值下的第一变量的值，得到所述最优转化率的值，包括：在第一目标梯度函数值大于或等于零的情况下，确定所述优化函数在最小优化函数值
下的第一变量的值为所述目标取值范围中下界，得到所述最优转化率的值，所述第一目标梯度函数值为所述第一变量的值为所述目标取值范围中下界时梯度函数的值；在第二目标梯度函数值小于或等于零的情况下，确定所述优化函数在最小优化函数值下的第一变量的值为所述目标取值范围中上界，得到所述最优转化率的值，所述第二目标梯度函数值为所述第一变量的值为
d
n
‑1时梯度函数的值，
d
为所述输入态信息的量子系统维数，
n
为所述输入态信息的拷贝数；在所述第一目标梯度函数值小于零，且所述第二目标梯度函数值大于零的情况下，基于所述目标取值范围的下界和第一目标值进行二分法搜索，并在二分法搜索区间的上界小于或等于第二目标值的情况下，确定所述优化函数在最小优化函数值下的第一变量的值为二分法搜索区间的上界，得到所述最优转化率的值，所述第一目标值为
d
n
‑1，所述第二目标值为二分法搜索区间的下界加1；其中，二分法搜索中，在第三目标梯度函数值大于或等于零的情况下，将二分法搜索区间的上界调整为二分法搜索中的二分值，在第三目标梯度函数值小于零的情况下，将二分法搜索区间的下界调整为二分法搜索中的二分值，所述第三目标梯度函数值为所述第一变量的值为二分法搜索中的二分值时梯度函数的值
。17.
根据权利要求1所述的方法，其中，所述转化误差是基于所述量子纠缠提纯场景下量子态的施密特向量的迹范数进行度量的
。18.
根据权利要求
17
所述的方法，其中，所述转化误差表示为：其中，
T(|
β
>
→
|
λ
>)
为所述转化误差，
|
λ
>
为最大纠缠态，
|
β
>
为量子纠缠提纯场景下的输入态信息，
p
λ
为最大纠缠态的施密特向量，
p
β
为量子纠缠提纯场景下的输入态信息的施密特向量，
r
为量子纠缠提纯场景下的输出态信息的施密特向量，
Prob(d)
表示所有维数为
d
的概率分布向量的集合，
d
为所述输入态信息的量子系统维数
。19.
一种量子纠缠资源调度装置，包括：接收模块，用于接收量子网络的量子应用请求，所述量子应用请求用于调度纠缠资源执行量子应用服务；获取模块，用于基于所述量子应用请求，触发所述量子网络中的节点获取量子纠缠提纯场景下的输入态信息和目标误差；第一确定模块，用于基于所述输入态信息和所述目标误差，确定第一关系，所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：方堃，
申请(专利权)人：北京百度网讯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：