CN111626427B - 一种量子逻辑门操作量子比特的展示方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于量子计算技术展示领域，特别是一种量子逻辑门操作量子比特的展示方法和装置，该方法包括：构建并显示对应Bloch球的球面坐标系，并在所述球面坐标系上构建并显示对应量子态的第一矢量；构建量子逻辑门参数与所述矢量位置参数的第一对应关系；获取待施加量子门逻辑门；根据所述第一对应关系确定与所述待施加量子门逻辑门对应的所述矢量位置参数改变值；初始化所述矢量位置参数得到并显示矢量位置参数初始值；通过所述矢量位置参数改变值与所述矢量位置参数初始值的累加获得并显示矢量位置参数终点值；生成并显示所述第一矢量从所述矢量位置参数初始值到所述矢量位置参数终点值的路径表示。本发明能够显著提高展示效果。
Description
技术领域
本发明属于量子计算技术展示领域，特别是一种量子逻辑门操作量子比特的展示方法和装置。
背景技术
量子逻辑门的作用是实现量子比特在量子态|0＞与量子态|1＞之间的相互转化，而叠加态的特性使得相互转化的过程变得复杂，但可以通过构建Bloch表象空间对量子逻辑门进行理解，在量子态的Bloch表象空间，将单量子比特的任意量子态表示为Bloch球表面的一点，而量子逻辑门操作该单量子比特即可视为量子态从Bloch球表面一点到另一点的转化过程。球面上的相互转化过程通过Bloch球上的量子态矢量的旋转即可实现，且球面上的相互转化过程与量子逻辑门的性质之间的关系的认知是量子计算知识中理解量子比特控制的关键点和难点，而量子比特控制是实施量子计算的基础和源头。但是，目前针对Bloch球上的量子态矢量旋转与量子逻辑门性质的关系的讲解和说明，只能依靠人工讲解，人工讲解过程并不能直观、明了的展示量子逻辑门操作量子比特的动态变化过程，且可重复性低，显著降低了展示效果，阻碍了量子逻辑门操作量子比特技术知识的呈现和推广。
发明内容
本发明的目的是提供一种量子逻辑门操作量子比特的展示方法和装置，以解决现有技术中的不足，它能够直观、明了的展示量子逻辑门操作量子比特的动态变化过程以及量子逻辑门的性质，显著提高了展示效果。
本发明的一个实施例提供了一种量子逻辑门操作量子比特的展示方法，所述展示方法包括：
构建并显示对应Bloch球的球面坐标系，并在所述球面坐标系上构建并显示对应量子态的第一矢量；其中，所述第一矢量一端位于所述球面坐标系的球面中心，另一端位于所述球面坐标系的球表面，且所述第一矢量具有矢量位置参数；构建量子逻辑门参数与所述矢量位置参数的第一对应关系；获取待施加量子门逻辑门；根据所述第一对应关系确定与所述待施加量子门逻辑门对应的所述矢量位置参数改变值；初始化所述矢量位置参数得到并显示矢量位置参数初始值；通过所述矢量位置参数改变值与所述矢量位置参数初始值的累加获得并显示矢量位置参数终点值；生成并显示所述第一矢量从所述矢量位置参数初始值到所述矢量位置参数终点值的路径表示。
本发明的另一个实施例提供了一种量子逻辑门操作量子比特的展示装置，所述展示装置括：第一构建模块，用于构建并显示对应Bloch球的球面坐标系，并在所述球面坐标系上构建并显示对应量子态的第一矢量；其中，所述第一矢量一端位于所述球面坐标系的球面中心，另一端位于所述球面坐标系的球表面，且所述第一矢量具有矢量位置参数；第二构建模块，用于构建量子逻辑门参数与所述矢量位置参数的第一对应关系；第一获取模块，用于获取待施加量子门逻辑门；第一处理模块，用于根据所述第一对应关系确定与所述待施加量子门逻辑门对应的所述矢量位置参数改变值；第二处理模块，用于初始化所述矢量位置参数得到并显示矢量位置参数初始值；第三处理模块，用于通过所述矢量位置参数改变值与所述矢量位置参数初始值的累加获得并显示矢量位置参数终点值；展示模块，用于生成并显示所述第一矢量从所述矢量位置参数初始值到所述矢量位置参数终点值的路径表示。
本发明的再一个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的方法。
本发明的再一个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的方法。
与现有技术相比，本发明构建并显示对应Bloch球的球面坐标系，并在所述球面坐标系上构建并显示对应量子态的第一矢量，然后构建第一矢量具有矢量位置参数与量子逻辑门参数之间的第一对应关系，把第一对应关系作为数据库，以备后续调用，针对获取待施加量子门逻辑门，均调用作为数据库的第一对应关系，获得待施加量子门逻辑门(即待施加量子门逻辑门对应的量子逻辑门参数)对应的所述矢量位置参数改变值，然后在构建的对应Bloch球的球面坐标系上显示待施加量子门逻辑门带来的量子态变化结果；整个过程在Bloch球表象(即构建并显示对应Bloch球的球面坐标系)显示的基础上，借助作为数据库的第一对应关系、以及初始化所述矢量位置参数得到并显示矢量位置参数初始值；通过所述矢量位置参数改变值与所述矢量位置参数初始值的累加获得并显示矢量位置参数终点值、生成并显示所述第一矢量从所述矢量位置参数初始值到所述矢量位置参数终点值的路径表示来获取待施加量子门逻辑门带来的量子态变化在对应Bloch球的球面坐标系的直观、清楚、明了的显示了量子逻辑门操作量子比特时量子态的动态变化过程，可重复性高，显著提高了展示效果，有利于量子逻辑门操作量子比特技术知识的呈现和推广。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种量子逻辑门操作量子比特的展示方法的计算机终端的硬件结构框图；
图2是本发明一实施例提供的一种量子逻辑门操作量子比特的展示方法的流程图；
图3是不含参量子逻辑门H门和X门操作量子比特的展示图；
图4是量子逻辑门操作在球面坐标系所代表的Bloch球空间表象、模拟脉冲两个层面的展示效果图；
图5是本发明另一实施例提供的一种量子逻辑门操作量子比特的展示装置示意图。
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。
申请概述
量子逻辑门的作用是实现量子比特在量子态|0＞与量子态|1＞之间的相互转化，而叠加态的特性使得相互转化的过程变得复杂，但可以通过构建Bloch表象空间对量子逻辑门进行理解，在量子态的Bloch表象空间，将单量子比特的任意量子态表示为Bloch球表面的一点，而量子逻辑门操作该单量子比特即可视为量子态从Bloch球表面一点到另一点的转化过程。事实上，转化过程可以归结为量子态以沿X轴、Y轴为旋转轴的一系列旋转操作的组合——这就是量子逻辑门操作量子比特的本质，该本质是对量子计算专业人员也是难易掌握的，对普通大众更是不宜接触和理解的。
另外，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，量子逻辑门包括单量子逻辑门、双量子逻辑门以及多量子逻辑门等。本实施例操作单量子比特的常用的单量子逻辑门又分为不含参量子逻辑门和含参量子逻辑门。其中，不含参量子逻辑门例如X门(表示量子态|0＞和量子态|1＞互变，即量子态绕X轴旋转180°)、Y门(表示量子态|0＞和量子态|1＞互变，且分别相移±π/2，即量子态绕Y轴旋转180°)、Z门(表示量子态|0＞不变，量子态|1＞反相，即量子态绕Z轴旋转180°)、H门(又称Hadamard门，表示量子态|0＞和量子态|1＞变成等概率，仅相对相位不变，即量子态先绕X轴先旋转45°，然后在绕Z轴旋转45°)、S门(表示量子态|0＞不变，量子态|1＞相移π/2，即量子态绕Z轴旋转90°)、T门(表示量子态|0＞不变，量子态|1＞相移π/2，即量子态绕Z轴旋转45°)。含参量子逻辑门例如RX(θ)(表示量子态绕X轴旋转θ°)、RY(θ)(表示量子态绕Y轴旋转θ°)、RZ(θ)(表示量子态绕Z轴旋转θ°)。以上单量子逻辑门的介绍可以参考《量子算法与编程入门》的第41页至42页，主编傅鹏等，重庆大学出版社。
示例性装置
图1是本发明实施例提供的一种量子逻辑门操作量子比特的展示方法的计算机终端的硬件结构框图，该计算机终端能够直观、明了的展示量子逻辑门操作量子比特时量子态的变化。
下面以运行在计算机终端上为例对其进行详细说明。如图1所示，计算机终端可以包括一个或多个(图1中仅示出一个)处理器102(处理器102可以包括但不限于微处理器MCU或可编程逻辑器件FPGA等的处理装置)和用于存储数据的存储器104，可选地，上述计算机终端还可以包括用于通信功能的传输装置106以及输入输出设备108。本领域普通技术人员可以理解，图1所示的结构仅为示意，其并不对上述计算机终端的结构造成限定。例如，计算机终端还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示不同的配置。
存储器104可用于存储应用软件的软件程序以及模块，如本申请实施例中的量子计算模拟方法对应的程序指令/模块，处理器102通过运行存储在存储器104内的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述的方法。存储器104可包括高速随机存储器，还可包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。在一些实例中，存储器104可进一步包括相对于处理器102远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至计算机终端。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
传输装置106用于经由一个网络接收或者发送数据。上述的网络具体实例可包括计算机终端的通信供应商提供的无线网络。在一个实例中，传输装置106包括一个网络适配器(Network Interface Controller，NIC)，其可通过基站与其他网络设备相连从而可与互联网进行通讯。在一个实例中，传输装置106可以为射频(Radio Frequency，RF)模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。
示例性方法
图2是本发明实施例提供的一种量子逻辑门操作量子比特的展示方法的流程图。
如图2所示的本发明的一实施例提供的一种量子逻辑门操作量子比特的展示方法，包括：
步骤S10，构建并显示对应Bloch球的球面坐标系，并在所述球面坐标系上构建并显示对应量子态的第一矢量；其中，所述第一矢量一端位于所述球面坐标系的球面中心，另一端位于所述球面坐标系的球表面，且所述第一矢量具有矢量位置参数；步骤S20，构建量子逻辑门参数与所述矢量位置参数的第一对应关系；步骤S30，获取待施加量子门逻辑门；步骤S40，根据所述第一对应关系确定与所述待施加量子门逻辑门对应的所述矢量位置参数改变值；步骤S50，初始化所述矢量位置参数得到并显示矢量位置参数初始值；步骤S60，通过所述矢量位置参数改变值与所述矢量位置参数初始值的累加获得并显示矢量位置参数终点值；步骤S70，生成并显示所述第一矢量从所述矢量位置参数初始值到所述矢量位置参数终点值的路径表示。
本实施例构建并显示对应Bloch球的球面坐标系，并在所述球面坐标系上构建并显示对应量子态的第一矢量，然后构建第一矢量具有的矢量位置参数与量子逻辑门参数之间的第一对应关系，把第一对应关系作为数据库，以备后续调用，针对获取待施加量子门逻辑门，均调用作为数据库的第一对应关系，获得待施加量子门逻辑门(即待施加量子门逻辑门对应的量子逻辑门参数)对应的所述矢量位置参数改变值，然后在构建的对应Bloch球的球面坐标系上显示待施加量子门逻辑门带来的量子态变化结果；整个过程在Bloch球表象(对应Bloch球的球面坐标系)显示的基础上，借助作为数据库的第一对应关系、以及初始化所述矢量位置参数得到并显示矢量位置参数初始值；通过所述矢量位置参数改变值与所述矢量位置参数初始值的累加获得并显示矢量位置参数终点值、生成并显示所述第一矢量从所述矢量位置参数初始值到所述矢量位置参数终点值的路径表示，来获取待施加量子门逻辑门带来的量子态变化，在对应Bloch球的球面坐标系上直观、清楚、明了的显示了量子逻辑门操作量子比特时量子态的动态变化过程，实现了量子逻辑门性质的展示，可重复性高，显著提高了展示效果，有利于量子逻辑门操作量子比特技术知识的呈现和推广。
其中，步骤S70中所述路径表示包括所述第一矢量在所述球面坐标系的球表面的端部的移动表示，和/或，在所述矢量位置参数初始值和所述矢量位置参数终点值之间，所述第一矢量在所述球面坐标系的球心的端部旋转的所述矢量位置参数改变值的表示。本实施例限定的路径表示，结合构建的对应Bloch球的球面坐标系进行多方式、多角度的展示。
在具体实施的时候，需要解析待施加量子门逻辑门，获取待施加量子门逻辑门的量子逻辑门参数。进一步的，量子逻辑门参数包括量子逻辑门对应模拟脉冲的幅度参数和相位参数；所述矢量位置参数包括所述第一矢量与所述球面坐标系的Z轴正向之间的第一夹角、以及所述第一矢量在所述球面坐标系XY的正投影与X轴正向之间第二夹角；所述第一对应关系包括：所述幅度参数与所述第一夹角的第一子对应关系、以及所述相位参数与所述第二夹角的第二子对应关系。
具体的，当量子逻辑门参数为量子逻辑门对应模拟脉冲的幅度参数和相位参数时，示例性的，针对模拟脉冲相位/>决定了对应的量子逻辑门操作的量子比特的量子态在Bloch球上的旋转轴方向，即第二夹角，f(t)代表了调制脉冲信号的幅度，也叫调制幅度信号f(t)起到决定对应的量子逻辑门操作的量子比特的量子态在Bloch球上的旋转角度θ(即第一夹角)的作用，其中：量子比特逻辑门操作U(θ)与调制脉冲信号的幅度f(t)具有如下的对应物理关系：
所以，所述第一对应关系根据所述幅度参数与所述第一夹角的如上式的物理关系设置。
当量子逻辑门参数为量子逻辑门对应模拟脉冲的幅度参数和相位参数时，进一步的，所述展示方法还包括：构建模拟脉冲显示模块；通过所述模拟脉冲显示模块显示并记录所述待施加量子门逻辑门对应的模拟脉冲。
在具体实施的时候，可以针对不同的待施加量子门逻辑门，均在生成并显示所述第一矢量从所述矢量位置参数初始值到所述矢量位置参数终点值的路径表示的时候，同时通过所述模拟脉冲显示模块显示并记录所述待施加量子门逻辑门对应的模拟脉冲，实现模拟脉冲和量子态之间的关联展示。
进一步的，所述量子逻辑门参数还包括：量子逻辑门对应的表示不含参量子逻辑门类型的第一符号参数；所述第一对应关系还包括：所述第一符号参数与所述第一夹角和/或所述第二夹角的第三子对应关系。
示例性的，如图3所示，对上述的不含参量子逻辑门例如X门，则第一符号参数为X，此时，所述第一符号参数(即X)与所述第一夹角和/或所述第二夹角的第三子对应关系为：通过第一符号参数(即X)可以确定第一夹角为180°，同时可以确定第二夹角为0°。
再示例性的，如图3所示，对上述的不含参量子逻辑门例如H门，则第一符号参数为H，此时，所述第一符号参数(即H)与所述第一夹角和/或所述第二夹角的第三子对应关系为：通过第一符号参数(即H)可以确定第一夹角为45°，同时可以确定第二夹角为45°。
进一步的，所述量子逻辑门参数还包括：量子逻辑门对应的表示含参量子逻辑门类型的第二符号参数和表示含参量子逻辑门的参数的第三符号参数；所述第一对应关系还包括：所述第二符号参数与所述第二夹角的第四子对应关系、以及所述第三符号参数与所述第一夹角的第五子对应关系。
示例性的，对上述的含参量子逻辑门例如RX(θ)门，则第二符号参数为RX，第三符号参数为θ；此时，所述第二符号参数与所述第二夹角的第四子对应关系：RX对应的第二夹角为0°，所述第三符号参数与所述第一夹角的第五子对应关系为：第一夹角等于θ。
在具体实施的时候，可以针对待施加量子门逻辑门是含参量子逻辑门的情况，可以通过第一矢量的路径表示以及含参量子逻辑门对应的模拟脉冲的同时展示，建立第一矢量所在的三维球面坐标系所代表的Bloch球空间表象、量子逻辑门和模拟脉冲三者的关系。示例性的，请参考图4所示量子逻辑门操作在球面坐标系所代表的Bloch球空间表象、模拟脉冲两个层面的展示效果图。
本申请的另一实施例提供了一种量子逻辑门操作量子比特的展示装置，如图5所示，所述展示装置括：
第一构建模块10，用于构建并显示对应Bloch球的球面坐标系，并在所述球面坐标系上构建并显示对应量子态的第一矢量；其中，所述第一矢量一端位于所述球面坐标系的球面中心，另一端位于所述球面坐标系的球表面，且所述第一矢量具有矢量位置参数；
第二构建模块20，用于构建量子逻辑门参数与所述矢量位置参数的第一对应关系；
第一获取模块30，用于获取待施加量子门逻辑门；
第一处理模块40，用于根据所述第一对应关系确定与所述待施加量子门逻辑门对应的所述矢量位置参数改变值；
第二处理模块50，用于初始化所述矢量位置参数得到并显示矢量位置参数初始值；
第三处理模块60，用于通过所述矢量位置参数改变值与所述矢量位置参数初始值的累加获得并显示矢量位置参数终点值；
展示模块10，用于生成并显示所述第一矢量从所述矢量位置参数初始值到所述矢量位置参数终点值的路径表示。
需要说明的是，以上各模块的连接关系是有数据流向决定的，而非限制为图5所示。
进一步的，所述路径表示包括所述第一矢量在所述球面坐标系的球表面的端部的移动表示，和/或，在所述矢量位置参数初始值和所述矢量位置参数终点值之间，所述第一矢量在所述球面坐标系的球心的端部旋转的所述矢量位置参数改变值的表示。
进一步的所述量子逻辑门参数包括量子逻辑门对应模拟脉冲的幅度参数和相位参数；所述矢量位置参数包括所述第一矢量与所述球面坐标系的Z轴正向之间的第一夹角、以及所述第一矢量在所述球面坐标系XY的正投影与X轴正向之间第二夹角；所述第一对应关系包括：所述幅度参数与所述第一夹角的第一子对应关系、以及所述相位参数与所述第二夹角的第二子对应关系。
进一步的所述展示装置还包括：第三构建模块，用于构建模拟脉冲显示模块；模拟脉冲显示模块，用于显示并记录所述待施加量子门逻辑门对应的模拟脉冲。
进一步的，所述量子逻辑门参数还包括：量子逻辑门对应的表示不含参量子逻辑门类型的第一符号参数；所述第一对应关系还包括：所述第一符号参数与所述第一夹角和/或所述第二夹角的第三子对应关系。
进一步的，所述量子逻辑门参数还包括：量子逻辑门对应的表示含参量子逻辑门类型的第二符号参数和表示含参量子逻辑门的参数的第三符号参数；所述第一对应关系还包括：所述第二符号参数与所述第二夹角的第四子对应关系、以及所述第三符号参数与所述第一夹角的第五子对应关系。
需要说明的是，本实施例的各模块，可以通过硬件或者虚拟软件模块实现，本实施例并不做具体限制。本实施例构建并显示对应Bloch球的球面坐标系，并在所述球面坐标系上构建并显示对应量子态的第一矢量，然后构建第一矢量具有矢量位置参数与量子逻辑门参数之间的第一对应关系，把第一对应关系作为数据库，以备后续调用，针对获取待施加量子门逻辑门，均调用作为数据库的第一对应关系，获得待施加量子门逻辑门(即待施加量子门逻辑门对应的量子逻辑门参数)对应的所述矢量位置参数改变值，然后在构建的对应Bloch球的球面坐标系上显示待施加量子门逻辑门带来的量子态变化结果；整个过程在Bloch球表象(即构建并显示对应Bloch球的球面坐标系)显示的基础上，借助作为数据库的第一对应关系、以及初始化所述矢量位置参数得到并显示矢量位置参数初始值；通过所述矢量位置参数改变值与所述矢量位置参数初始值的累加获得并显示矢量位置参数终点值、生成并显示所述第一矢量从所述矢量位置参数初始值到所述矢量位置参数终点值的路径表示，来获取待施加量子门逻辑门带来的量子态变化在对应Bloch球的球面坐标系的直观、清楚、明了的显示，展示了量子逻辑门操作量子比特时量子态的动态变化过程，可重复性高，显著提高了展示效果，有利于量子逻辑门操作量子比特技术知识的呈现和推广。
本申请的另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下述的方法：
步骤S10，构建并显示对应Bloch球的球面坐标系，并在所述球面坐标系上构建并显示对应量子态的第一矢量；其中，所述第一矢量一端位于所述球面坐标系的球面中心，另一端位于所述球面坐标系的球表面，且所述第一矢量具有矢量位置参数；步骤S20，构建量子逻辑门参数与所述矢量位置参数的第一对应关系；步骤S30，获取待施加量子门逻辑门；步骤S40，根据所述第一对应关系确定与所述待施加量子门逻辑门对应的所述矢量位置参数改变值；步骤S50，初始化所述矢量位置参数得到并显示矢量位置参数初始值；步骤S60，通过所述矢量位置参数改变值与所述矢量位置参数初始值的累加获得并显示矢量位置参数终点值；步骤S70，生成并显示所述第一矢量从所述矢量位置参数初始值到所述矢量位置参数终点值的路径表示。
本实施例构建并显示对应Bloch球的球面坐标系，并在所述球面坐标系上构建并显示对应量子态的第一矢量，然后构建第一矢量具有矢量位置参数与量子逻辑门参数之间的第一对应关系，把第一对应关系作为数据库，以备后续调用，针对获取待施加量子门逻辑门，均调用作为数据库的第一对应关系，获得待施加量子门逻辑门(即待施加量子门逻辑门对应的量子逻辑门参数)对应的所述矢量位置参数改变值，然后在构建的对应Bloch球的球面坐标系上显示待施加量子门逻辑门带来的量子态变化结果；整个过程在Bloch球表象(即构建并显示对应Bloch球的球面坐标系)显示的基础上，借助作为数据库的第一对应关系、以及初始化所述矢量位置参数得到并显示矢量位置参数初始值；通过所述矢量位置参数改变值与所述矢量位置参数初始值的累加获得并显示矢量位置参数终点值、生成并显示所述第一矢量从所述矢量位置参数初始值到所述矢量位置参数终点值的路径表示来获取待施加量子门逻辑门带来的量子态变化在对应Bloch球的球面坐标系的直观、清楚、明了的显示了量子逻辑门操作量子比特时量子态的动态变化过程，可重复性高，显著提高了展示效果，有利于量子逻辑门操作量子比特技术知识的呈现和推广。
本申请的另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下述的方法：
步骤S10，构建并显示对应Bloch球的球面坐标系，并在所述球面坐标系上构建并显示对应量子态的第一矢量；其中，所述第一矢量一端位于所述球面坐标系的球面中心，另一端位于所述球面坐标系的球表面，且所述第一矢量具有矢量位置参数；步骤S20，构建量子逻辑门参数与所述矢量位置参数的第一对应关系；步骤S30，获取待施加量子门逻辑门；步骤S40，根据所述第一对应关系确定与所述待施加量子门逻辑门对应的所述矢量位置参数改变值；步骤S50，初始化所述矢量位置参数得到并显示矢量位置参数初始值；步骤S60，通过所述矢量位置参数改变值与所述矢量位置参数初始值的累加获得并显示矢量位置参数终点值；步骤S70，生成并显示所述第一矢量从所述矢量位置参数初始值到所述矢量位置参数终点值的路径表示。
本实施例构建并显示对应Bloch球的球面坐标系，并在所述球面坐标系上构建并显示对应量子态的第一矢量，然后构建第一矢量具有矢量位置参数与量子逻辑门参数之间的第一对应关系，把第一对应关系作为数据库，以备后续调用，针对获取待施加量子门逻辑门，均调用作为数据库的第一对应关系，获得待施加量子门逻辑门(即待施加量子门逻辑门对应的量子逻辑门参数)对应的所述矢量位置参数改变值，然后在构建的对应Bloch球的球面坐标系上显示待施加量子门逻辑门带来的量子态变化结果；整个过程在Bloch球表象(即构建并显示对应Bloch球的球面坐标系)显示的基础上，借助作为数据库的第一对应关系、以及初始化所述矢量位置参数得到并显示矢量位置参数初始值；通过所述矢量位置参数改变值与所述矢量位置参数初始值的累加获得并显示矢量位置参数终点值、生成并显示所述第一矢量从所述矢量位置参数初始值到所述矢量位置参数终点值的路径表示，来获取待施加量子门逻辑门带来的量子态变化在对应Bloch球的球面坐标系的直观、清楚、明了的显示，展示了量子逻辑门操作量子比特时量子态的动态变化过程，可重复性高，显著提高了展示效果，有利于量子逻辑门操作量子比特技术知识的呈现和推广。
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 (10)
1.一种量子逻辑门操作量子比特的展示方法，其特征在于，所述展示方法包括：
构建并显示对应Bloch球的球面坐标系，并在所述球面坐标系上构建并显示对应量子态的第一矢量；其中，所述第一矢量一端位于所述球面坐标系的球面中心，另一端位于所述球面坐标系的球表面，且所述第一矢量具有矢量位置参数；
构建量子逻辑门参数与所述矢量位置参数的第一对应关系；
获取待施加量子门逻辑门；
根据所述第一对应关系确定与所述待施加量子门逻辑门对应的所述矢量位置参数改变值；
初始化所述矢量位置参数得到并显示矢量位置参数初始值；
通过所述矢量位置参数改变值与所述矢量位置参数初始值的累加获得并显示矢量位置参数终点值；
生成并显示所述第一矢量从所述矢量位置参数初始值到所述矢量位置参数终点值的路径表示。
2.根据权利要求1所述的量子逻辑门操作量子比特的展示方法，其特征在于，所述路径表示包括所述第一矢量在所述球面坐标系的球表面的端部的移动表示，和/或，
在所述矢量位置参数初始值和所述矢量位置参数终点值之间，所述第一矢量在所述球面坐标系的球心的端部旋转的所述矢量位置参数改变值的表示。
3.根据权利要求1所述的量子逻辑门操作量子比特的展示方法，其特征在于，所述量子逻辑门参数包括：
量子逻辑门对应模拟脉冲的幅度参数和相位参数；
所述矢量位置参数包括所述第一矢量与所述球面坐标系的Z轴正向之间的第一夹角、以及所述第一矢量在所述球面坐标系XY的正投影与X轴正向之间第二夹角；
所述第一对应关系包括：
所述幅度参数与所述第一夹角的第一子对应关系、以及所述相位参数与所述第二夹角的第二子对应关系。
4.根据权利要求3所述的量子逻辑门操作量子比特的展示方法，其特征在于，所述第一子对应关系根据所述幅度参数与所述第一夹角之间的物理关系设置。
5.根据权利要求3所述的量子逻辑门操作量子比特的展示方法，其特征在于，所述展示方法还包括：
构建模拟脉冲显示模块；
通过所述模拟脉冲显示模块显示并记录所述待施加量子门逻辑门对应的模拟脉冲。
6.根据权利要求3所述的量子逻辑门操作量子比特的展示方法，其特征在于，所述量子逻辑门参数还包括：
量子逻辑门对应的表示不含参量子逻辑门类型的第一符号参数；
所述第一对应关系还包括：
所述第一符号参数与所述第一夹角和/或所述第二夹角的第三子对应关系。
7.根据权利要求3所述的量子逻辑门操作量子比特的展示方法，其特征在于，所述量子逻辑门参数还包括：
量子逻辑门对应的表示含参量子逻辑门类型的第二符号参数和表示含参量子逻辑门的参数的第三符号参数；
所述第一对应关系还包括：
所述第二符号参数与所述第二夹角的第四子对应关系、以及所述第三符号参数与所述第一夹角的第五子对应关系。
8.一种量子逻辑门操作量子比特的展示装置，其特征在于，所述展示装置括：
第一构建模块，用于构建并显示对应Bloch球的球面坐标系，并在所述球面坐标系上构建并显示对应量子态的第一矢量；其中，所述第一矢量一端位于所述球面坐标系的球面中心，另一端位于所述球面坐标系的球表面，且所述第一矢量具有矢量位置参数；
第二构建模块，用于构建量子逻辑门参数与所述矢量位置参数的第一对应关系；
第一获取模块，用于获取待施加量子门逻辑门；
第一处理模块，用于根据所述第一对应关系确定与所述待施加量子门逻辑门对应的所述矢量位置参数改变值；
第二处理模块，用于初始化所述矢量位置参数得到并显示矢量位置参数初始值；
第三处理模块，用于通过所述矢量位置参数改变值与所述矢量位置参数初始值的累加获得并显示矢量位置参数终点值；
展示模块，用于生成并显示所述第一矢量从所述矢量位置参数初始值到所述矢量位置参数终点值的路径表示。
9.一种存储介质，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权利要求1至7任一项中所述的方法。
10.一种电子装置，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权利要求1至7任一项中所述的方法。
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