CN111427665A - 一种量子应用云平台及量子计算任务的处理方法 - Google Patents

一种量子应用云平台及量子计算任务的处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种量子应用云平台及量子计算任务的处理方法，云平台包括：kubernetes服务器，用于利用本地的初始化脚本或命令构建任务接收端的服务；所述任务接收端，用于接收量子计算任务，利用预先配置的镜像资源产生任务执行端容器；将所述任务下发至所述任务执行端；查询任务结果，并对所述任务结果进行更新；所述任务执行端，用于接收所述任务接收端下发的所述任务，执行任务计算，配合所述任务接收端对任务状态进行监控，获得任务结果。利用本发明实施例，能够实现一种能够在web页面上运行量子计算应用的方案，填补现有技术的空白。

Description

一种量子应用云平台及量子计算任务的处理方法
技术领域
本发明属于量子计算技术领域，特别是一种量子应用云平台及量子计算任务的处理方法。
背景技术
量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。当某个装置处理和计算的是量子信息，运行的是量子算法时，它就是量子计算机。量子计算机因其具有相对普通计算机更高效的处理数学问题的能力，例如，能将破解RSA密钥的时间从数百年加速到数小时，故成为一种正在研究中的关键技术。
量子计算模拟是一个借助数值计算和计算机科学来仿真遵循量子力学规律的模拟计算，作为一个仿真程序，它依据量子力学的量子比特的基本定律，利用计算机的高速计算能力，刻画量子态的时空演化。
目前，量子计算应用作为一种仿真应用，在计算机云平台的web页面上并无接入具体应用，用户只能通过客户端在本地进行计算。考虑到部分用户的本地算力不足，也考虑到用户使用客户端不一定便利，因此，有必要提供一种能够在web页面上运行量子计算应用的方案。
发明内容
本发明的目的是提供一种量子应用云平台及量子计算任务的处理方法，以解决现有技术中的不足，它能够实现一种能够在web页面上运行量子计算应用的方案，填补现有技术的空白。
本申请的一个实施例提供了一种量子应用云平台，包括：
kubernetes服务器，用于利用本地的初始化脚本或命令构建任务接收端的服务；
所述任务接收端，用于接收量子计算任务，利用预先配置的镜像资源产生任务执行端容器；将所述任务下发至所述任务执行端；查询任务结果，并对所述任务结果进行更新；
所述任务执行端，用于接收所述任务接收端下发的所述任务，执行任务计算，配合所述任务接收端对任务状态进行监控，获得任务结果。
可选的，所述量子计算任务为量子程序；
所述任务接收端，还用于根据所述任务所需的量子比特数进行计算资源的配置。
可选的，所述利用预先配置的镜像资源产生任务执行端容器，包括：
利用预先配置的、存储于本地的容器镜像创建pod，其中，所述pod包含任务执行端的服务。
可选的，所述任务接收端，还用于判断所述pod的运行状态是否为正常运行，若不是，则删除该pod，重新创建新的pod。
可选的，所述执行任务计算，包括：
所述任务执行端调用封装量子应用的动态库，对所述任务进行计算。
可选的，所述配合所述任务接收端对任务状态进行监控，包括：
所述任务执行端在所述动态库调用成功后，更新所述任务状态为正在计算，同时更新所述任务的开始时间和结束时间；并且，每隔预设时长更新一次结束时间，如果所述结束时间在超过预设时长后未更新，则结束所述pod，重新创建新的pod，以再次进行计算；在所述任务经计算得到任务结果时，更新所述任务状态为计算完成，及更新所述任务的结束时间，通知所述任务接收端结束所述pod。
可选的，所述查询任务结果，并对所述任务结果进行更新，包括：
任务接收端接收到任务计算完成信息后，检查任务状态是否被所述任务执行端更新为计算完成；若被更新为计算完成，将任务结果进行更新；若任务结果未被更新，查询任务结果文件是否生成；若生成任务结果文件，更新任务结果，否则查找并结束所述pod，创建新的pod，以再次进行计算。
可选的，所述任务状态为：未计算、正在计算、计算完成或计算出错。
本申请的又一实施例提供了一种量子计算任务的处理方法，包括：
接收量子计算任务；
调用封装量子应用的动态库，对所述任务执行计算；
对所述任务的任务状态进行监控；
获得任务结果，并对所述任务结果进行更新。
本申请的又一实施例提供了一种量子计算任务的处理装置，包括：
接收模块，用于接收量子计算任务；
调用计算模块，用于调用封装量子应用的动态库，对所述任务执行计算；
任务监控模块，用于对所述任务的任务状态进行监控；
获得更新模块，用于获得任务结果，并对所述任务结果进行更新。
本申请的又一实施例提供了一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行上述所述的方法。
本申请的又一实施例提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行上述所述的方法。
与现有技术相比，本发明提供的一种量子应用云平台，包括：kubernetes服务器，用于利用本地的初始化脚本或命令构建任务接收端的服务；任务接收端，用于接收量子计算任务，利用预先配置的镜像资源产生任务执行端容器；将任务下发至任务执行端；查询任务结果，并对任务结果进行更新；任务执行端，用于接收任务接收端下发的任务，执行任务计算，配合任务接收端对任务状态进行监控，获得任务结果。由于kubernetes是一种用于管理云平台中多个主机上的容器化的开源框架，具有普适性，其能够适用于量子应用在云平台的接入，以使用户能够在web网页端使用量子应用，基于量子应用执行量子计算任务，实现一种能够在web页面上运行量子计算应用的方案，填补现有技术的空白。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种量子应用云平台的架构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种量子计算任务的处理方法的流程示意图；
图3是本发明实施例提供的一种量子计算任务的处理装置的结构示意图。
具体实施方式
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本发明实施例提供了一种量子应用云平台及量子计算任务的处理方法，下面首先对量子应用云平台进行说明。
本领域技术人员可以理解的是，真正的量子计算机是混合结构的，它包含两大部分：一部分是经典计算机，负责执行经典计算与控制；另一部分是量子设备，负责运行量子程序进而实现量子计算。而量子程序是由量子语言如QRunes语言编写的一串能够在量子计算机上运行的指令序列，实现了对量子逻辑门操作的支持，并最终实现量子计算。具体的说，量子程序就是一系列按照一定时序操作量子逻辑门的指令序列。
在实际应用中，因受限于量子设备硬件的发展，通常需要进行量子计算模拟以验证量子算法、量子应用等等。量子计算模拟即借助普通计算机的资源搭建的虚拟架构(即量子虚拟机)实现特定问题对应的量子程序的模拟运行的过程。通常，需要构建特定问题对应的量子程序。本发明实施例所指量子程序，即是经典语言编写的表征量子比特及其演化的程序，其中与量子计算相关的量子比特、量子逻辑门等等均有相应的经典代码表示。
量子线路作为量子程序的一种体现方式，也称量子逻辑电路，是最常用的通用量子计算模型，表示在抽象概念下对于量子比特进行操作的线路，其组成包括量子比特、线路(时间线)，以及各种量子逻辑门，最后常需要通过量子测量操作将结果读取出来。
不同于传统电路是用金属线所连接以传递电压信号或电流信号，在量子线路中，线路可看成是由时间所连接，亦即量子比特的状态随着时间自然演化，在这过程中按照哈密顿运算符的指示，一直到遇上逻辑门而被操作。
一个量子程序整体上对应有一条总的量子线路，本发明所述量子程序即指该条总的量子线路，其中，该总的量子线路中的量子比特总数与量子程序的量子比特总数相同。可以理解为：一个量子程序可以由量子线路、针对量子线路中量子比特的测量操作、保存测量结果的寄存器及控制流节点(跳转指令)组成，一条量子线路可以包含几十上百个甚至千上万个量子逻辑门操作。量子程序的执行过程，就是对所有的量子逻辑门按照一定时序执行的过程。需要说明的是，时序即单个量子逻辑门被执行的时间顺序。
需要说明的是，经典计算中，最基本的单元是比特，而最基本的控制模式是逻辑门，可以通过逻辑门的组合来达到控制电路的目的。类似地，处理量子比特的方式就是量子逻辑门。使用量子逻辑门，能够使量子态发生演化，量子逻辑门是构成量子线路的基础，量子逻辑门包括单比特量子逻辑门，如Hadamard门(H门，阿达马门)、泡利-X门、泡利-Y门、泡利-Z门、RX门、RY门、RZ门；多比特量子逻辑门，如CNOT门、CR门、iSWAP门、Toffoli门。量子逻辑门一般使用酉矩阵表示，而酉矩阵不仅是矩阵形式，也是一种操作和变换。一般量子逻辑门在量子态上的作用是通过酉矩阵左乘以量子态右矢对应的矩阵进行计算的。
参见图1，图1为本发明实施例提供的一种量子应用云平台的架构示意图，包括：
kubernetes服务器101，用于利用本地的初始化脚本或命令构建任务接收端102的服务。
具体的，kubernetes简称k8s，是一个开源框架平台，旨在提供自动部署、扩展和运行应用程序容器。
初始化脚本(或称命令)是指通过shell脚本(基于linux系统)或bat脚本语言(基于windows系统)构建出的能够对所需服务提供启动、传入参数等功能的脚本，具体传入的参数与如何启动会根据程序的设计略有不同，不影响调用程序的调用动作。
在初始时，kubernetes会利用本地初始化脚本或命令，自动构建任务接收端的服务，来实现任务的实时接收功能的正常运行。
任务接收端102，用于接收量子计算任务，利用预先配置的镜像资源产生任务执行端容器；将所述任务下发至所述任务执行端103；查询任务结果，并对所述任务结果进行更新。
具体的，所述量子计算任务可以为量子程序，具体可以是一段与具体量子应用所对应的量子程序，该量子程序中包含了待执行的量子线路和计算类型等信息。
任务接收端102具体可接收由调度服务器104下发的量子计算任务。调度服务器104在接收到任务后，可将任务id、任务状态等任务信息，更新在对应的记录表a中；任务接收端102在接收到任务后，同样将任务id、任务状态等任务信息更新在对应的记录表b中，实现数据存储。其中，记录表a和b均可为数据库表结构，任务状态包括不限于：未计算、正在计算、计算完成或计算出错。
任务接收端102，还可以用于根据所述任务所需的量子比特数进行计算资源的配置，避免用户浪费大量的服务器资源。例如，任务接收端102调用封装好的动态库接口，获取量子比特数，根据获取到的量子比特数信息，以及具体量子应用中的设置信息，配置容器的CPU核心数和内存大小等基本参数。该设置信息、CPU核心数、内存大小均可更新到数据库记录表a和记录表b中，与任务id相对应。
具体的，可以利用预先配置的、存储于本地的容器镜像创建pod，其中，所述pod包含任务执行端的服务。
其中，pod是kubernetes最基本的组成块，是kubernetes最小、最简单的可用来创建和部署的单元，一个pod代表了一个运行在集群里的进程。pod里封装了一个或者多个应用容器，就是说，pod里可以只运行一个单独容器，也可以运行多个互相作用的容器。Docker是kubernetes pod里运行的最常见的容器环境，当然pod也支持其他的容器环境。
容器镜像位于本地环境中，任务接收端102在接收到任务后，拉取容器镜像创建容器运行程序；执行容器运行程序，启动容器中任务执行端103的服务如java服务，这个过程可看作是完成一次pod的创建，简言之，即为创建容器并启动容器内部的服务，其中，创建的pod名称可与任务名称相同。
具体的，查询任务结果，并对所述任务结果进行更新，可以包括：任务接收端102接收到任务计算完成信息后，检查任务状态是否被任务执行端103更新为计算完成；若被更新为计算完成，将任务结果进行更新，具体由任务接收端102更新到记录表a中；若任务结果未被更新，查询任务结果文件是否生成；若生成任务结果文件，更新任务结果，同样由任务接收端102更新到记录表a中，否则查找并结束所述pod，创建新的pod，以再次进行计算。
具体的，任务结果文件目录挂载在服务器本机目录上，具体可以根据任务id创建子目录进行挂载，计算完成后，任务接收端102查看任务id相应的子目录下的结果，并将该子目录地址更新到记录表a中(做记录，也可供用户查看)，修改记录表a中的任务状态信息。
任务执行端103，用于接收所述任务接收端102下发的所述任务，执行任务计算，配合所述任务接收端102对任务状态进行监控，获得任务结果。
具体的，可以所述任务执行端103调用封装量子应用的动态库，对所述任务进行计算。在服务启动后，任务执行端103在接收到任务后通过接口(API接口)调用动态库，将任务输入到动态库，然后由动态库进行计算(即量子应用运行任务)。
具体的，配合任务接收端102对任务状态进行监控，也就是任务接收端102，还用于判断所述pod的运行状态是否正常运行(running状态)，若不是，则删除该pod，重新创建新的pod，实现对pod的管理，正常运行是指正在运行且真正在计算。在实际应用中，pod可能处于未运行状态，也可能处于假死状态，即正在运行但未真正计算，此时可以根据下述的心跳监测机制，进行判断：
任务执行端103在所述动态库调用成功后，更新任务状态为正在计算，同时更新任务的开始时间StartTime和结束时间EndTime；并且，每隔预设时长更新一次结束时间EndTime，如果任务接收端102检测到结束时间在超过预设时长后未更新，则结束(即删除)pod，重新创建新的pod，以再次进行计算；在任务经计算得到任务结果时，更新任务状态为计算完成，及更新任务的结束时间EndTime，通知任务接收端102结束该pod。
具体的，现有技术中没有服务的监控机制，服务出错往往需要运维人员进行重启，费时费力。本方案实现的心跳监测机制，能够用来监测已发送给任务执行端103的任务是否正在健康的正常运行，以保证服务运行的稳定。
例如，任务执行端103可以定时(例如5分钟)更新一次EndTime，任务接收端102则需比对当前时间与EndTime的时间间隔(5分或5分多10秒左右)，超过该指定时间间隔，说明EndTime未如期更新，即认为计算服务器宕机(默认程序死掉)，需要删除该pod后重新创建pod再次进行计算。其中，StartTime和EndTime可以理解为数据库字段中的一个标志字段，用于更新记录操作，在记录表a和b中均包含该2个字段；任务执行端103更新任务状态，具体是更新记录表b中的任务状态信息。
可见，由于kubernetes是一种用于管理云平台中多个主机上的容器化的开源框架，具有普适性，其能够适用于量子应用在云平台的接入，以使用户能够在web网页端使用量子应用，基于量子应用执行量子计算任务，实现一种能够在web页面上运行量子计算应用的方案，填补现有技术的空白；进一步的，动态库作为一种无状态服务的实例，结合kubernetes，使得本方案适用于无状态服务，尤其是没有网络返回的服务以及不能根据计算结果返回给请求方以网络答复的服务，能够对接各类不同无网络通讯的服务，省去了需要根据动态库服务定制化开发网络通讯服务的麻烦。
参见图2，图2为本发明实施例提供的一种量子计算任务的处理方法的流程示意图，可以包括如下步骤：
S201，接收量子计算任务；
S202，调用封装量子应用的动态库，对所述任务执行计算；
S203，对所述任务的任务状态进行监控；
S204，获得任务结果，并对所述任务结果进行更新。
需要说明的是，本发明实施例所述的方法步骤，应用于量子应用云平台，即与量子应用云平台中相同的方法步骤原理上一致，在此不对其进行赘述。
可见，由于kubernetes是一种用于管理云平台中多个主机上的容器化的开源框架，具有普适性，其能够适用于量子应用在云平台的接入，以使用户能够在web网页端使用量子应用，基于量子应用执行量子计算任务，实现一种能够在web页面上运行量子计算应用的方案，填补现有技术的空白。
参见图3，图3为本发明实施例提供的一种量子计算任务的处理装置的结构示意图，与图2所示的流程相对应，可以包括：
接收模块301，用于接收量子计算任务；
调用计算模块302，用于调用封装量子应用的动态库，对所述任务执行计算；
任务监控模块303，用于对所述任务的任务状态进行监控；
获得更新模块304，用于获得任务结果，并对所述任务结果进行更新。
可见，由于kubernetes是一种用于管理云平台中多个主机上的容器化的开源框架，具有普适性，其能够适用于量子应用在云平台的接入，以使用户能够在web网页端使用量子应用，基于量子应用执行量子计算任务，实现一种能够在web页面上运行量子计算应用的方案，填补现有技术的空白。
本发明实施例还提供一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行上述任一项方法实施例中的步骤。
具体的，在本实施例中，上述存储介质可以被设置为存储用于执行以下步骤的计算机程序：
S1，接收量子计算任务；
S2，调用封装量子应用的动态库，对所述任务执行计算；
S3，对所述任务的任务状态进行监控；
S4，获得任务结果，并对所述任务结果进行更新。
具体的，在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于：U盘、只读存储器(Read-Only Memory，简称为ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称为RAM)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储计算机程序的介质。
可见，由于kubernetes是一种用于管理云平台中多个主机上的容器化的开源框架，具有普适性，其能够适用于量子应用在云平台的接入，以使用户能够在web网页端使用量子应用，基于量子应用执行量子计算任务，实现一种能够在web页面上运行量子计算应用的方案，填补现有技术的空白。
本发明实施例还提供一种电子装置，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行上述任一项方法实施例中的步骤。
具体的，上述电子装置还可以包括传输设备以及输入输出设备，其中，该传输设备和上述处理器连接，该输入输出设备和上述处理器连接。
具体的，在本实施例中，上述处理器可以被设置为通过计算机程序执行以下步骤：
S1，接收量子计算任务；
S2，调用封装量子应用的动态库，对所述任务执行计算；
S3，对所述任务的任务状态进行监控；
S4，获得任务结果，并对所述任务结果进行更新。
可见，由于kubernetes是一种用于管理云平台中多个主机上的容器化的开源框架，具有普适性，其能够适用于量子应用在云平台的接入，以使用户能够在web网页端使用量子应用，基于量子应用执行量子计算任务，实现一种能够在web页面上运行量子计算应用的方案，填补现有技术的空白。
以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (12)

1.一种量子应用云平台，其特征在于，包括：
kubernetes服务器，用于利用本地的初始化脚本或命令构建任务接收端的服务；
所述任务接收端，用于接收量子计算任务，利用预先配置的镜像资源产生任务执行端容器；将所述任务下发至所述任务执行端；查询任务结果，并对所述任务结果进行更新；
所述任务执行端，用于接收所述任务接收端下发的所述任务，执行任务计算，配合所述任务接收端对任务状态进行监控，获得任务结果。
2.根据权利要求1所述的量子应用云平台，其特征在于，所述量子计算任务为量子程序；
所述任务接收端，还用于根据所述任务所需的量子比特数进行计算资源的配置。
3.根据权利要求1所述的量子应用云平台，其特征在于，所述利用预先配置的镜像资源产生任务执行端容器，包括：
利用预先配置的、存储于本地的容器镜像创建pod，其中，所述pod包含任务执行端的服务。
4.根据权利要求3所述的量子应用云平台，其特征在于，所述任务接收端，还用于判断所述pod的运行状态是否为正常运行，若不是，则删除该pod，重新创建新的pod。
5.根据权利要求3所述的量子应用云平台，其特征在于，所述执行任务计算，包括：
所述任务执行端调用封装量子应用的动态库，对所述任务进行计算。
6.根据权利要求5所述的量子应用云平台，其特征在于，所述配合所述任务接收端对任务状态进行监控，包括：
所述任务执行端在所述动态库调用成功后，更新所述任务状态为正在计算，同时更新所述任务的开始时间和结束时间；并且，每隔预设时长更新一次结束时间，如果所述结束时间在超过预设时长后未更新，则结束所述pod，重新创建新的pod，以再次进行计算；在所述任务经计算得到任务结果时，更新所述任务状态为计算完成，及更新所述任务的结束时间，通知所述任务接收端结束所述pod。
7.根据权利要求3所述的量子应用云平台，其特征在于，所述查询任务结果，并对所述任务结果进行更新，包括：
任务接收端接收到任务计算完成信息后，检查任务状态是否被所述任务执行端更新为计算完成；若被更新为计算完成，将任务结果进行更新；若任务结果未被更新，查询任务结果文件是否生成；若生成任务结果文件，更新任务结果，否则查找并结束所述pod，创建新的pod，以再次进行计算。
8.根据权利要求1所述的量子应用云平台，其特征在于，所述任务状态为：
未计算、正在计算、计算完成或计算出错。
9.一种量子计算任务的处理方法，其特征在于，包括：
接收量子计算任务；
调用封装量子应用的动态库，对所述任务执行计算；
对所述任务的任务状态进行监控；
获得任务结果，并对所述任务结果进行更新。
10.一种量子计算任务的处理装置，其特征在于，包括：
接收模块，用于接收量子计算任务；
调用计算模块，用于调用封装量子应用的动态库，对所述任务执行计算；
任务监控模块，用于对所述任务的任务状态进行监控；
获得更新模块，用于获得任务结果，并对所述任务结果进行更新。
11.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行所述权利要求9中所述的方法。
12.一种电子装置，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行所述权利要求9中所述的方法。
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