CN112527190B - 一种量子数据擦除的方法、系统、设备及可读存储介质 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种量子数据擦除的方法，包括：获取等概率量子态体系；对等概率量子态体系进行测量，以使等概率量子态体系坍缩为二进制随机数列；根据二进制随机数列生成对应的随机角度值；根据随机角度值对量子设备中的量子数据进行按位旋转操作，完成此次量子数据擦除。本申请引入了量子真随机数，可以确保擦除后的数据不会被恢复，且不会被反向破解，对保护数据资产具有重要价值；同时，随机处理后的数据仍具有量子相干、量子纠缠等特性，可以在后续继续使用，避免了每次都要重新制备量子系统的耗时耗力过程。本申请同时还提供了一种量子数据擦除的系统、设备及可读存储介质，具有上述有益效果。

Description

一种量子数据擦除的方法、系统、设备及可读存储介质
技术领域
本申请涉及量子数据领域，特别涉及一种量子数据擦除的方法、系统、设备及可读存储介质。
背景技术
量子计算机是一类遵循量子力学规律进行数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。在量子计算机中，基本信息单位是量子比特（Qubit），运算对象是量子比特序列。与经典计算机的比特不同，量子比特序列不是0或1组成的特定值，而是处于两者之间的叠加态。这些特殊的量子态，不仅提供了量子并行计算的可能，而且还给量子计算带来某些令经典计算无法望其项背的性质。
量子系统是一种有限的资源，且制备不易。所以在进行计算的过程中不可避免的要对量子系统的寄存器、存储设备等进行擦除，从而获取新的计算和存储资源。另一方面，量子相关的存储设备作为一种信息载体，其数据也十分需要保护。安全地存储重要数据，并且在不需要这些数据时作彻底销毁是至关重要的。
目前通过对已知的量子态进行酉操作就可以把这个量子态制备到标准态上，进而可以实现对已知的量子态的数据删除，然而，如果需要被擦除的量子态是未知的，则无法通过此种方式实现对量子数据的擦除。
因此，如何实现对未知量子数据的擦除是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
本申请的目的是提供一种量子数据擦除的方法、系统、设备及可读存储介质，用于实现对未知量子数据的擦除。
为解决上述技术问题，本申请提供一种量子数据擦除的方法，该方法包括：
获取等概率量子态体系；
对所述等概率量子态体系进行测量，以使所述等概率量子态体系坍缩为二进制随机数列；
根据所述二进制随机数列生成对应的随机角度值；
根据所述随机角度值对量子设备中的量子数据进行按位旋转操作，完成此次量子数据擦除。
可选的，所述获取等概率量子态体系，包括：
根据公式
Figure 710994DEST_PATH_IMAGE001
生成所述等概率量子态体系；
其中，
Figure 250560DEST_PATH_IMAGE002
为哈达玛矩阵，
Figure 569546DEST_PATH_IMAGE003
为标准的量子态，
Figure 127435DEST_PATH_IMAGE004
为等概率量子态，
Figure 76936DEST_PATH_IMAGE005
为所述等概率量子态体系中等概率量子态的数量。
可选的，根据所述二进制随机数列生成对应的随机角度值，包括：
将所述二进制随机数列转换为十进制随机数列；
根据预设精度及所述十进制随机数列生成所述随机角度值。
可选的，根据所述二进制随机数列生成对应的随机角度值，包括：
根据预设规则依据所述二进制随机数列生成对应的浮点数；
将所述浮点数作为所述随机角度值。
可选的，在根据所述二进制随机数列生成对应的随机角度值之后，还包括：
根据输入的数据脱敏指令确定所述量子数据中非敏感数据的位置信息；
将所述位置信息对应的所述随机角度值置为零，并根据所述随机角度值对所述量子数据进行按位旋转操作，完成此次量子数据脱敏。
本申请还提供一种量子数据擦除的系统，该系统包括：
获取模块，用于获取等概率量子态体系；
测量模块，用于对所述等概率量子态体系进行测量，以使所述等概率量子态体系坍缩为二进制随机数列；
生成模块，用于根据所述二进制随机数列生成对应的随机角度值；
量子数据擦除模块，用于根据所述随机角度值对量子设备中的量子数据进行按位旋转操作，完成此次量子数据擦除。
可选的，所述生成模块包括：
获取子模块，用于将所述二进制随机数列转换为十进制随机数列；
第一生成子模块，用于根据预设精度及所述十进制随机数列生成所述随机角度值。
可选的，还包括：
确定模块，用于根据输入的数据脱敏指令确定所述量子数据中非敏感数据的位置信息；
数据脱敏模块，用于将所述位置信息对应的所述随机角度值置为零，并根据所述随机角度值对所述量子数据进行按位旋转操作，完成此次量子数据脱敏。
本申请还提供一种量子数据擦除设备，该量子数据擦除设备包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上述任一项所述量子数据擦除的方法的步骤。
本申请还提供一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一项所述量子数据擦除的方法的步骤。
本申请所提供量子数据擦除的方法，包括：获取等概率量子态体系；对等概率量子态体系进行测量，以使等概率量子态体系坍缩为二进制随机数列；根据二进制随机数列生成对应的随机角度值；根据随机角度值对量子设备中的量子数据进行按位旋转操作，完成此次量子数据擦除。
本申请所提供的技术方案，通过对获取到的等概率量子态体系进行测量，使得等概率量子态体系坍缩为二进制随机数列，然后根据二进制随机数列生成对应的随机角度值，并根据随机角度值对量子设备中的量子数据进行按位旋转操作，完成此次量子数据擦除，整个过程引入了量子真随机数，可以确保擦除后的数据不会被恢复，且不会被反向破解，对保护数据资产具有重要价值；同时，随机处理后的数据仍具有量子相干、量子纠缠等特性，可以在后续继续使用，避免了每次都要重新制备量子系统的耗时耗力过程。本申请同时还提供了一种量子数据擦除的系统、设备及可读存储介质，具有上述有益效果，在此不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例所提供的一种量子数据擦除的方法的流程图；
图2为本申请实施例所提供的一种量子数据擦除的系统的结构图；
图3为本申请实施例所提供的一种量子数据擦除设备的结构图。
具体实施方式
本申请的核心是提供一种量子数据擦除的方法、系统、设备及可读存储介质，用于实现对未知量子数据的擦除。
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在经典计算机数据擦除处理问题上，各公司乃至国家都投入了大量研究。有资料表明美国军方可以把某些被覆盖九次后的数据恢复，IBM耗资6亿美元研究数据擦除和恢复技术。对于传统计算机，已有大量专利安全地实现数据擦除，而各国基于数据覆盖技术也都提出了自己的数据覆盖标准。然而，对于新兴的量子计算而言，目前量子设备的数据擦除还缺乏足够的研究。
某些经典的格式化方法是将存储区域全部写“0”覆盖一次。但这一方法在量子计算上并不能合法地实现，原因如下：
在量子理论中, 可以将擦除一个任意的量子态表述为
Figure 838219DEST_PATH_IMAGE006
；
其中，
Figure 898579DEST_PATH_IMAGE007
为擦除操作，
Figure 858444DEST_PATH_IMAGE008
为已知的量子态，
Figure 228115DEST_PATH_IMAGE009
为标准的量子态。
如果被擦除的态是一个已知的量子态，那么只需要一个酉操作就可以把这个态制备到标准态上。但量子存储器中需要擦除的是大量的量子比特，因此量子态擦除应该被考虑为对未知的量子态进行擦除。假设有两个未知的量子态，
Figure 476693DEST_PATH_IMAGE010
和
Figure 340744DEST_PATH_IMAGE011
，则有：
Figure 155116DEST_PATH_IMAGE012
量子力学要求
Figure 712000DEST_PATH_IMAGE013
为酉操作，则联立上述二式，有：
Figure 431563DEST_PATH_IMAGE014
也就是说
Figure 896042DEST_PATH_IMAGE010
和
Figure 768183DEST_PATH_IMAGE011
必须是相同的量子态，这不符合对任意两个未知量子态操作的要求。换句话说，
Figure 230389DEST_PATH_IMAGE015
无法满足
Figure 250297DEST_PATH_IMAGE013
是酉操作。
事实上，这一清零操作引入了环境作用，破坏了系统的量子态。这不是一个量子计算系统所希望看到的结果。因此，设计符合量子力学逻辑、安全有效的量子设备数据擦除技术有举足轻重的意义和潜在广阔的应用空间，而本申请提供的一种量子数据擦除的方法，能够解决上述技术问题。
请参考图1，图1为本申请实施例所提供的一种量子数据擦除的方法的流程图。
其具体包括如下步骤：
S101：获取等概率量子态体系；
等概率原理是指当系统处于平衡时，如果除能量一定、体积一定和粒子数一定外，没有任何其他的限制，则发现系统处在各微观状态的概率都是相同的，称之为等概率原理。
量子态是量子力学的中心概念，是由一组量子数所确定的微观状态，将量子粒子的位置和速度看成外部自由度，由一个外部量子态描述，它既可以表示成不同的位置态(具有确定位置)的叠加，也可表示成不同的速度态(具有确定速度)的叠加。波函数就是叠加系数。在数学上，量子态是一种向量(可以理解为一组数)。本步骤中提到的等概率量子态体系指的是全部测量概率均相等的量子态体系。
优选的，可以通过制备一系列标准的量子态并进行哈达玛操作实现等概率量子态体系的获取，即这里提到的获取等概率量子态体系，其具体可以为：
根据公式
Figure 456151DEST_PATH_IMAGE001
生成所述等概率量子态体系；
其中，
Figure 694715DEST_PATH_IMAGE002
为哈达玛矩阵，
Figure 265505DEST_PATH_IMAGE016
为标准的量子态，
Figure 225240DEST_PATH_IMAGE004
为等概率量子态，
Figure 234784DEST_PATH_IMAGE005
为所述等概率量子态体系中等概率量子态的数量。
哈达玛矩阵在信息处理、加工分析中有重要应用，本申请实施例中等概率量子态体系的获取与量子系统的种类无关，在光量子体系、超导量子体系、核磁共振量子体系上均适用。
S102：对等概率量子态体系进行测量，以使等概率量子态体系坍缩为二进制随机数列；
量子坍塌是指观察前，量子以波的形式存在（体现发现该量子的概率）。当观察时，量子必定存在于一个确定的位置，即原来的量子波坍缩为一点（也可称作针状波），此时量子表现出粒子性；
对等概率量子态体系进行测量，此时等概率量子态体系便会坍缩为二进制随机数列，且根据量子力学原理，此过程为真随机过程，即本申请实施例通过测量得到了一组真随机数数列。
S103：根据二进制随机数列生成对应的随机角度值；
本步骤中，根据二进制随机数列生成对应的随机角度值的目的在于，对量子设备中的量子数据进行按位旋转操作，以使每个量子数据的转动角度是随机的，则进行按位旋转操作得到的新量子数据按固定规则得到，却不可预测，实现了量子数据的擦除；
可选的，这里提到的根据二进制随机数列生成对应的随机角度值，其具体可以为：
将二进制随机数列转换为十进制随机数列；
根据预设精度及十进制随机数列生成随机角度值。
例如，当二级制随机数列为0110、0111、1000、1001时，将其转换为十进制随机数列为6、7、8、9，当预设精度为小数点前两位且小数点后两位时，则此时生成的随机角度值为67.89°；
可选的，当预设精度需要变更时，用户可以输入对应的修改命令，此时系统根据输入的修改命令对预设精度进行修改。
可选的，这里提到的根据二进制随机数列生成对应的随机角度值，其具体也可以为：
根据预设规则依据二进制随机数列生成对应的浮点数；
将浮点数作为随机角度值。
S104：根据随机角度值对量子设备中的量子数据进行按位旋转操作，完成此次量子数据擦除。
在一个具体实施例中，假设量子设备中的量子数据为：
Figure 347097DEST_PATH_IMAGE017
按位旋转操作可写为
Figure 885525DEST_PATH_IMAGE018
则对每一位量子数据都有相对应的
Figure 332556DEST_PATH_IMAGE019
进行旋转操作，得到擦除后的量子数据：
Figure 676950DEST_PATH_IMAGE020
由于
Figure 378190DEST_PATH_IMAGE021
是由随机角度构成的，则D1按固定规则得到，却不可预测，即实现了量子数据的擦除；
其中，
Figure 821940DEST_PATH_IMAGE022
为量子设备中的量子数据，
Figure 756267DEST_PATH_IMAGE023
和
Figure 904352DEST_PATH_IMAGE024
分别为量子数据矩阵中的元素，
Figure 460098DEST_PATH_IMAGE025
为旋转操作矩阵，
Figure 871488DEST_PATH_IMAGE026
为执行量子数据擦除后的量子数据，
Figure 575002DEST_PATH_IMAGE027
为第
Figure 464460DEST_PATH_IMAGE027
个量子数据，
Figure 392489DEST_PATH_IMAGE028
为第
Figure 709201DEST_PATH_IMAGE027
个量子数据的旋转角度。
可选的，当面对需要分析的数据包括敏感数据的情况时，例如在分析订单数据时，需要将其中的用户个人信息屏蔽，对剩余的订单信息进行分析，此时需要对敏感信息进行脱敏处理，本申请实施例在根据二进制随机数列生成对应的随机角度值之后，还可以通过执行如下步骤实现对数据的脱敏处理：
根据输入的数据脱敏指令确定量子数据中非敏感数据的位置信息；
将位置信息对应的随机角度值置为零，并根据随机角度值对量子数据进行按位旋转操作，完成此次量子数据脱敏。
基于上述实施例，本申请在接收到输入的数据脱敏指令时，根据该数据脱敏指令确定量子数据中非敏感数据的位置信息，然后将位置信息对应的随机角度值置为零，并根据随机角度值对量子数据进行按位旋转操作，此时量子数据中非敏感数据不旋转，只有敏感数据进行旋转操作，完成此次量子数据脱敏处理，实现了对敏感数据的保护。
基于上述技术方案，本申请所提供的一种量子数据擦除的方法，通过对获取到的等概率量子态体系进行测量，使得等概率量子态体系坍缩为二进制随机数列，然后根据二进制随机数列生成对应的随机角度值，并根据随机角度值对量子设备中的量子数据进行按位旋转操作，完成此次量子数据擦除，整个过程引入了量子真随机数，可以确保擦除后的数据不会被恢复，且不会被反向破解，对保护数据资产具有重要价值；同时，随机处理后的数据仍具有量子相干、量子纠缠等特性，可以在后续继续使用，避免了每次都要重新制备量子系统的耗时耗力过程。
请参考图2，图2为本申请实施例所提供的一种量子数据擦除的系统的结构图。
该系统可以包括：
获取模块100，用于获取等概率量子态体系；
测量模块200，用于对等概率量子态体系进行测量，以使等概率量子态体系坍缩为二进制随机数列；
生成模块300，用于根据二进制随机数列生成对应的随机角度值；
量子数据擦除模块400，用于根据随机角度值对量子设备中的量子数据进行按位旋转操作，完成此次量子数据擦除。
在上述实施例的基础上，在一个具体实施例中，该获取模块100可以包括：
第二生成子模块，用于根据公式
Figure 900011DEST_PATH_IMAGE029
生成所述等概率量子态体系；
其中，
Figure 593161DEST_PATH_IMAGE002
为哈达玛矩阵，
Figure 123499DEST_PATH_IMAGE003
为标准的量子态，
Figure 673429DEST_PATH_IMAGE004
为等概率量子态，
Figure 804065DEST_PATH_IMAGE005
为所述等概率量子态体系中等概率量子态的数量。
在上述实施例的基础上，在一个具体实施例中，该生成模块300可以包括：
获取子模块，用于将二进制随机数列转换为十进制随机数列；
第一生成子模块，用于根据预设精度及十进制随机数列生成随机角度值。
在上述实施例的基础上，在一个具体实施例中，该生成模块300还可以包括：
修改子模块，用于根据输入的修改命令对预设精度进行修改。
在上述实施例的基础上，在一个具体实施例中，该系统还可以包括：
确定模块，用于根据输入的数据脱敏指令确定量子数据中非敏感数据的位置信息；
数据脱敏模块，用于将位置信息对应的随机角度值置为零，并根据随机角度值对量子数据进行按位旋转操作，完成此次量子数据脱敏。
由于系统部分的实施例与方法部分的实施例相互对应，因此系统部分的实施例请参见方法部分的实施例的描述，这里暂不赘述。
请参考图3，图3为本申请实施例所提供的一种量子数据擦除设备的结构图。
该量子数据擦除设备500可因配置或性能不同而产生比较大的差异，可以包括一个或一个以上处理器（central processing units，CPU）522（例如，一个或一个以上处理器）和存储器532，一个或一个以上存储应用程序542或数据544的存储介质530（例如一个或一个以上海量存储设备）。其中，存储器532和存储介质530可以是短暂存储或持久存储。存储在存储介质530的程序可以包括一个或一个以上模块（图示没标出），每个模块可以包括对装置中的一系列指令操作。更进一步地，处理器522可以设置为与存储介质530通信，在量子数据擦除设备500上执行存储介质530中的一系列指令操作。
量子数据擦除设备500还可以包括一个或一个以上电源525，一个或一个以上有线或无线网络接口550，一个或一个以上输入输出接口558，和/或，一个或一个以上操作系统541，例如Windows ServerTM，Mac OS XTM，UnixTM, LinuxTM，FreeBSDTM等等。
上述图1所描述的量子数据擦除的方法中的步骤由量子数据擦除设备基于该图3所示的结构实现。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置、设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。
集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，功能调用装置，或者网络设备等）执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（Read-Only Memory ，ROM）、随机存取存储器（Random Access Memory ，RAM）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上对本申请所提供的一种量子数据擦除的方法、系统、设备及可读存储介质进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (8)

1.一种量子数据擦除的方法，其特征在于，包括：
获取等概率量子态体系；
对所述等概率量子态体系进行测量，以使所述等概率量子态体系坍缩为二进制随机数列；
根据所述二进制随机数列生成对应的随机角度值；
根据所述随机角度值对量子设备中的量子数据进行按位旋转操作，完成此次量子数据擦除；
在根据所述二进制随机数列生成对应的随机角度值之后，还包括：
根据输入的数据脱敏指令确定所述量子数据中非敏感数据的位置信息；
将所述位置信息对应的所述随机角度值置为零，并根据所述随机角度值对所述量子数据进行按位旋转操作，完成此次量子数据脱敏。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取等概率量子态体系，包括：
根据公式
Figure 574923DEST_PATH_IMAGE001
生成所述等概率量子态体系；
其中，
Figure 225347DEST_PATH_IMAGE002
为哈达玛矩阵，
Figure 946178DEST_PATH_IMAGE003
为标准的量子态，
Figure 314843DEST_PATH_IMAGE004
为等概率量子态，
Figure 333483DEST_PATH_IMAGE005
为所述等概率量子态体系中等概率量子态的数量。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述二进制随机数列生成对应的随机角度值，包括：
将所述二进制随机数列转换为十进制随机数列；
根据预设精度及所述十进制随机数列生成所述随机角度值。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述二进制随机数列生成对应的随机角度值，包括：
根据预设规则依据所述二进制随机数列生成对应的浮点数；
将所述浮点数作为所述随机角度值。
5.一种量子数据擦除的系统，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取等概率量子态体系；
测量模块，用于对所述等概率量子态体系进行测量，以使所述等概率量子态体系坍缩为二进制随机数列；
生成模块，用于根据所述二进制随机数列生成对应的随机角度值；
量子数据擦除模块，用于根据所述随机角度值对量子设备中的量子数据进行按位旋转操作，完成此次量子数据擦除；
所述系统还包括：
确定模块，用于根据输入的数据脱敏指令确定所述量子数据中非敏感数据的位置信息；
数据脱敏模块，用于将所述位置信息对应的所述随机角度值置为零，并根据所述随机角度值对所述量子数据进行按位旋转操作，完成此次量子数据脱敏。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述生成模块包括：
获取子模块，用于将所述二进制随机数列转换为十进制随机数列；
第一生成子模块，用于根据预设精度及所述十进制随机数列生成所述随机角度值。
7.一种量子数据擦除设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至4任一项所述量子数据擦除的方法的步骤。
8.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述量子数据擦除的方法的步骤。
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