CN113222159A - 一种量子态的确定方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种量子态的确定方法及装置，方法包括：获得目标数据结构中的各特定类元素及其第一位置信息和一组量子比特位；针对每一所述第一位置信息，执行量子态的演化操作，以将当前第一位置信息编码到所述一组量子比特位中的第一比特位上，并将当前第一位置信息对应的特定类元素，编码到所述一组量子比特位中的第二比特位上，得到演化后的所述一组量子比特位的量子态。利用本发明实施例，能够将数据结构信息编码到量子态，用于量子计算的模拟，以填补相关技术空白。
Description
技术领域
本发明属于量子计算技术领域，特别是一种量子态的确定方法及装置。
背景技术
量子计算机利用量子的叠加性，理论上在某些情形下有指数级加速的能力。譬如破解RSA密钥在经典计算机上需要数百年，而在量子计算机上执行量子算法只需数小时。但是目前量子计算机的受限于量子芯片硬件的发展导致的可操控的比特数有限，因此计算能力有限，并不能普遍地去运行量子算法。普遍地运行量子算法通常需要借助量子计算模拟方法。
在量子算法的模拟实现过程中，通常需要借助各种量子逻辑门构建量子算法。例如，在求解科学计算问题中，需要将目标数据结构比如稀疏矩阵的相关信息编码到量子比特位的量子态上，而依靠各种量子逻辑门构建实现该需求的等效量子逻辑门时，所需要的各种量子逻辑门数量庞大，构建的量子算法对应的量子线路过于复杂，严重妨碍了量子计算的研究。
因此，急需提供一种能够将数据结构信息编码到量子态的技术，用于量子计算的模拟，以填补相关技术空白。
发明内容
本发明的目的是提供一种量子态的确定方法及装置，以解决现有技术中的不足，它能够将数据结构信息编码到量子态，用于量子计算的模拟，以填补相关技术空白。
本发明采用的技术方案如下：
一种量子态的确定方法，包括：
获得目标数据结构中的各特定类元素及其第一位置信息和一组量子比特位；
针对每一所述第一位置信息，执行量子态的演化操作，以将当前第一位置信息编码到所述一组量子比特位中的第一比特位上，并将当前第一位置信息对应的特定类元素，编码到所述一组量子比特位中的第二比特位上，得到演化后的所述一组量子比特位的量子态。
可选的，所述目标数据结构包括：稀疏矩阵。
可选的，所述特定类元素包括：非0元素。
可选的，所述第一位置信息包括：所述非0元素在所述稀疏矩阵中的行序号和列序号。
可选的，所述第一比特位包括：所述稀疏矩阵的行数与列数分别对应的二进制位；
所述将所述当前第一位置信息编码到所述一组量子比特位中的第一比特位上，包括：
将所述行序号和列序号的二进制表示，分别编码到所述稀疏矩阵的行数对应的二进制位和列数对应的二进制位上，以获得所述第一比特位的、振幅为1的二进制表示的第一子量子态。
可选的，所述第二比特位包括：一个辅助比特位；
所述将当前第一位置信息对应的特定类元素，编码到所述一组量子比特位中的第二比特位上，得到演化后的所述一组量子比特位的量子态，包括：
将当前第一位置信息对应的特定类元素编码到所述辅助比特位上，以获得所述辅助比特位的、振幅为特定值的二进制表示的第二子量子态；其中，所述特定值由该特定类元素的值与所述目标数据结构中绝对值最大的元素的值确定；
将所述第一子量子态和所述第二子量子态组合，得到演化后的所述一组量子比特位的量子态。
可选的，所述振幅为特定值的二进制表示的第二子量子态
为：
其中，所述Ajk *为特定类元素的值的共轭，所述j为行序号，所述k为列序号，所述Amax为所述目标数据结构中绝对值最大的元素的值，所述|0>为所述辅助比特位的0态，所述|1>为所述辅助比特位的1态。
可选的，所述方法还包括：
执行所述量子态的演化操作对应的转置共轭操作，以将各所述演化后的所述一组量子比特位的量子态中的、振幅为特定值的二进制表示的第二子量子态，还原为所述辅助比特位的初始子量子态，其中，所述初始子量子态为所述辅助比特初始化的值所表示的量子态。
可选的，所述一组量子比特位还包括：第三比特位；
所述针对每一所述第一位置信息，将当前第一位置信息编码到所述一组量子比特位中的第一比特位上，并将当前第一位置信息对应的特定类元素，编码到所述一组量子比特位中的第二比特位上，得到演化后的所述一组量子比特位的量子态，包括：
获取所述一组量子比特位的所有本征态；其中，每一所述本征态包括：对应第一比特位的表示所有位置信息的子量子态、对应第二比特位的子量子态和对应第三比特位的子量子态；其中，所述所有位置信息包括：所述第一位置信息、所述特定类元素外的其余元素的第二位置信息；
针对每一所述本征态，判断当前本征态中所述第三比特位的子量子态的每一位是否均为1，或均为0；
如果均为1或均为0，将每一位置信息对应的元素，编码到当前本征态中第二比特位的子量子态上，得到演化后的所述一组量子比特位的量子态。
可选的，所述将每一位置信息对应的元素，编码到当前本征态中第二比特位的子量子态上，得到演化后的所述一组量子比特位的量子态，包括：
针对每一位置信息，若当前位置信息为第一位置信息，则将该第一位置信息对应的特定类元素的值，编码到当前本征态中第二比特位的子量子态上，得到新的量子态，作为演化后的所述一组量子比特位的量子态；否则，保持当前本征态不变。
一种量子态的确定装置，包括：
获得模块，用于获得目标数据结构中的各特定类元素及其第一位置信息和一组量子比特位；
编码模块，用于针对每一所述第一位置信息，执行量子态的演化操作，以将当前第一位置信息编码到所述一组量子比特位中的第一比特位上，并将当前第一位置信息对应的特定类元素，编码到所述一组量子比特位中的第二比特位上，得到演化后的所述一组量子比特位的量子态。
可选的，所述目标数据结构包括：稀疏矩阵。
可选的，所述特定类元素包括：非0元素。
可选的，所述第一位置信息包括：所述非0元素在所述稀疏矩阵中的行序号和列序号。
可选的，所述第一比特位包括：所述稀疏矩阵的行数与列数分别对应的二进制位；
所述编码模块，具体用于：
将所述行序号和列序号的二进制表示，分别编码到所述稀疏矩阵的行数对应的二进制位和列数对应的二进制位上，以获得所述第一比特位的、振幅为1的二进制表示的第一子量子态。
可选的，所述第二比特位包括：一个辅助比特位；
所述编码模块，具体用于：
将当前第一位置信息对应的特定类元素编码到所述辅助比特位上，以获得所述辅助比特位的、振幅为特定值的二进制表示的第二子量子态；其中，所述特定值由该特定类元素的值与所述目标数据结构中绝对值最大的元素的值确定；
将所述第一子量子态和所述第二子量子态组合，得到演化后的所述一组量子比特位的量子态。
可选的，所述振幅为特定值的二进制表示的第二子量子态
为：
其中，所述Ajk *为特定类元素的值的共轭，所述j为行序号，所述k为列序号，所述Amax为所述目标数据结构中绝对值最大的元素的值，所述|0>为所述辅助比特位的0态，所述|1>为所述辅助比特位的1态。
可选的，所述装置还包括：
转置共轭模块，用于执行所述量子态的演化操作对应的转置共轭操作，以将各所述演化后的所述一组量子比特位的量子态中的、振幅为特定值的二进制表示的第二子量子态，还原为所述辅助比特位的初始子量子态，其中，所述初始子量子态为所述辅助比特初始化的值所表示的量子态。
可选的，所述一组量子比特位还包括：第三比特位；
所述编码模块，具体用于：
获取所述一组量子比特位的所有本征态；其中，每一所述本征态包括：对应第一比特位的表示所有位置信息的子量子态、对应第二比特位的子量子态和对应第三比特位的子量子态；其中，所述所有位置信息包括：所述第一位置信息、所述特定类元素外的其余元素的第二位置信息；
针对每一所述本征态，判断当前本征态中所述第三比特位的子量子态的每一位是否均为1，或均为0；
如果均为1或均为0，将每一位置信息对应的元素，编码到当前本征态中第二比特位的子量子态上，得到演化后的所述一组量子比特位的量子态。
可选的，所述编码模块，具体用于：
针对每一位置信息，若当前位置信息为第一位置信息，则将该第一位置信息对应的特定类元素的值，编码到当前本征态中第二比特位的子量子态上，得到新的量子态，作为演化后的所述一组量子比特位的量子态；否则，保持当前本征态不变。
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中所述的方法。
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中所述的方法。
与现有技术相比，本发明提供的量子态的确定方法，首先获得目标数据结构中的各特定类元素及其第一位置信息和一组量子比特位，然后针对每一第一位置信息，执行量子态的演化操作，以将当前第一位置信息编码到一组量子比特位中的第一比特位上，并将当前第一位置信息对应的特定类元素，编码到一组量子比特位中的第二比特位上，得到演化后的一组量子比特位的量子态。可见，通过将目标数据结构的相关信息编码到量子态，将经典的数据结构与量子领域的量子比特的状态即量子态联系起来，能够用于量子计算的模拟，以填补相关技术的空白，进一步拓展针对量子算法及量子计算机的研究。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种量子态的确定方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的一种量子态的确定装置的结构示意图。
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。
本发明实施例首先提供了一种量子态的确定方法，应用于电子设备如终端，优选应用于计算机，如普通电脑即可。下面对其进行详细说明。
需要说明的是，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，负责执行量子计算。实际上，真正的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(前述量子设备)上运行的指令序列，实现了对量子逻辑门操作的支持，并最终实现对量子计算的模拟。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，为了对量子计算进行模拟以验证量子应用等等，可以通过运行在普通计算机的量子虚拟机进行实现。量子虚拟机中的量子程序，即是在量子虚拟机上运行的由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，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，该总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：一个量子程序主要由量子线路、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，能够使量子比特的量子态发生演化，量子逻辑门是构成量子线路的基础，就像传统逻辑门跟一般数位线路之间的关系。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。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态的确定方法的流程示意图，可以包括如下步骤：
S101，获得目标数据结构中的各特定类元素及其第一位置信息和一组量子比特位；
具体的，可以通过用户输入获得目标数据结构中的各特定类元素及其第一位置信息，以及一组表示量子比特的量子比特位，量子比特位的个数可由用户根据目标数据结构的大小进行设置。在计算资源充分的情况下，也可设置很大数量的量子比特位，无条件满足绝大部分情况下的量子比特需求。
其中，目标数据结构是指经典计算中的数据结构，可以为稀疏矩阵，特定类元素为稀疏矩阵中的非0元素，第一位置信息为非0元素在稀疏矩阵中的行序号和列序号信息。
在求解科学计算问题中，需要用到分块形稀疏矩阵，而在量子计算中，构造将分块形稀疏矩阵编码到量子态振幅上面的量子线路会非常复杂，难以有效地使用常规的量子逻辑门进行模拟。基于此，本发明实施例的目标数据结构优选为分块形稀疏矩阵，以下均以分块形稀疏矩阵为例说明。
分块形稀疏矩阵，是指非0元素成块状分布的稀疏矩阵，例如，一种6*6的分块形稀疏矩阵A如下：
其中，
即为分布的非0元素块，共有4块。
本领域技术人员可以理解的是，在经典计算机中，信息的基本单元是比特，一个比特有0和1两种状态，最常见的物理实现方式是通过电平的高低来表示这两种状态。在量子计算中，信息的基本单元是量子比特，一个量子比特也有0和1两种状态，记为|0>和|1>，但它可以处于0和1两种状态的叠加态，可表示为
其中，a、b为表示|0>态、|1>态振幅(概率幅)的复数，这是经典比特不具备的。测量后，量子比特的状态会塌缩至一个确定的状态(本征态，此处为|0>态、|1>态)，其中，塌缩至|0>的概率是|a|2，塌缩至|1>的概率是|b|2，|a|2+|b|2＝1，|>为狄拉克符号。
量子态，即指量子比特的状态，其本征态在量子算法(或称量子程序)中用二进制表示。例如，一组量子比特为q0、q1、q2，表示第0位、第1位、第2位量子比特，从高位到低位排序为q2q1q0，该组量子比特的量子态为23个本征态的叠加态，8个本征态(确定的状态)是指：|000>、|001>、|010>、|011>、|100>、|101>、|110>、|111>，每个本征态与量子比特位对应一致，如|000>态，000从高位到低位对应q2q1q0。简言之，量子态是各本征态组成的叠加态，当其他态的概率幅为0时，即处于其中一个确定的本征态。
S102，针对每一所述第一位置信息，执行量子态的演化操作，以将当前第一位置信息编码到所述一组量子比特位中的第一比特位上，并将当前第一位置信息对应的特定类元素，编码到所述一组量子比特位中的第二比特位上，得到演化后的所述一组量子比特位的量子态。
具体的，第一比特位可以包括稀疏矩阵的行数与列数分别对应的二进制位，第二比特位可以是一个辅助比特位。
在一种实施方式中，首先，可以将所述行序号j和列序号k的二进制表示，分别编码到所述稀疏矩阵的行数对应的二进制位和列数对应的二进制位上，以获得所述第一比特位的、振幅为1的二进制表示的第一子量子态|j,k>。
然后，将当前第一位置信息对应的特定类元素编码到所述辅助比特位上，以获得所述辅助比特位的、振幅为特定值的二进制表示的第二子量子态；其中，所述特定值由该特定类元素的值与所述目标数据结构中绝对值最大的元素的值确定；将所述第一子量子态和所述第二子量子态组合，得到演化后的所述一组量子比特位的量子态。
其中，所述振幅为特定值的二进制表示的第二子量子态
为：
其中，所述Ajk *为特定类元素的值的共轭，所述j为行序号，所述k为列序号，所述Amax为所述目标数据结构中绝对值最大的元素的值，所述|0>为所述辅助比特位的0态，所述|1>为所述辅助比特位的1态。
需要说明的是，
的表示与辅助比特的位数相关，对于1位辅助比特，只有2个本征态|0>和|1>。例如，当位数为2时，本征态为4个：|00>、|01>、|10>、|11>，
也可表示为：
其中，a和b可以是4个本征态中的任意两个。为了减少量子比特位的内存占用和计算的复杂度，优选一位辅助比特进行模拟。
示例性的，以上述6*6大小的分块形稀疏矩阵A为例，由于要将行列信息进行编码，对于第6行第6列，行序号6和列序号6均对应二进制110，需获得至少6个量子比特位，作为第一比特位。为了将非0元素编码到量子比特位，体现量子态的演化模拟，还需获得至少1个量子比特位，作为第二比特位，即辅助比特位。为了减少计算资源的占用，优选6个第一比特位q6q5q4q3q2q1和1个第二比特位q0，即获得一组7个量子比特位。量子比特位的排序和初始量子态不做限定，此处设定为q6q5q4q3q2q1 q0，其中，q3q2q1编码行序号，q6q5q4编码列序号，每一比特位的初始量子态均为|0>态。
首先，对于非0元素A00 *＝1，将j的值0编码到q3q2q1、k的值0编码到q6q5q4，得到第一子量子态|000000>。然后，将A00的值的共轭1编码到q0，具体是编码到q0的量子态振幅上，以获得振幅为特定值的二进制表示的第二子量子态
为准，该特定值的计算方式如上：
故得到，
Amax的作用为归一化，以使振幅模的平方和为1。将|000000>和
组合，即可得到q6q5q4q3q2q1q0的量子态为：
其中，
表示张量积或张乘，简写为：
其余非0元素的编码方式同理，在此不对其进行赘述。
可见，通过该种方式，实现如下演化变换：
其中，对每一个非0元素，其位置信息被编码到量子态|j,k>(即第一子量子态)上，起到寻址索引的作用，值信息被编码到量子态振幅上，以使辅助比特位的量子态由|0>演化为
从而实现量子态的演化操作。
在一种实施方式中，为了方便后续还原，进一步的，还可以对演化后的量子态进行逆变换操作，即：执行所述量子态的演化操作对应的转置共轭操作，以将各所述演化后的所述一组量子比特位的量子态中的、振幅为特定值的二进制表示的第二子量子态，还原为所述辅助比特位的初始子量子态，其中，所述初始子量子态为所述辅助比特初始化的值所表示的量子态。
对应上述实施方式，转置共轭操作如下：
该转置共轭操作根据上述实施方式反向操作即可，例如，对于A00 *＝1，将
演化为|000000>|0>，在此不多赘述。
在一种实施方式中，为了模拟量子计算中的受控操作，进一步的，所述一组量子比特位还包括第三比特位，用于控制是否执行演化操作，第三比特位作为控制标识位，无其他物理意义，优选仅一位即可。相应的，步骤S102流程可以为：
获取所述一组量子比特位的所有本征态；其中，每一所述本征态包括：对应第一比特位的表示所有位置信息的子量子态、对应第二比特位的子量子态和对应第三比特位的子量子态；其中，所述所有位置信息包括：所述第一位置信息、所述特定类元素外的其余元素的第二位置信息；
针对每一所述本征态，判断当前本征态中所述第三比特位的子量子态的每一位是否均为预设值；其中，预设值为1或0；
如果均为预设值，将每一位置信息对应的元素，编码到当前本征态中第二比特位的子量子态上，得到演化后的所述一组量子比特位的量子态。具体可以是：针对每一位置信息，若当前位置信息为第一位置信息，则将该第一位置信息对应的特定类元素的值，编码到当前本征态中第二比特位的子量子态上，得到新的量子态，作为演化后的所述一组量子比特位的量子态；否则，保持当前本征态不变。
示例性的，继续以上述6*6大小的分块形稀疏矩阵A为例，获得一组8个量子比特位q7q6q5q4q3q2q1q0，q0为第三比特位，q1为第二比特位，其余为第一比特位，预设值设为1。
首先，获取该组量子比特位的本征态，共28个：|00000000>、|00000001>……|11111110>、|11111111>。对于|00000000>，可表示为：
简写为|000000>|0>|0>，第三比特位为0，表示不进行演化操作。接着对于|00000001>，第三比特位为1，表示继续执行。由第一比特位用于编码行列信息，可知，|q7q6q5q4q3q2>＝|000000>，对应十进制j＝0，k＝0，判断为第一位置信息，说明对应元素为非0元素。则将j＝0、k＝0对应的元素A00＝1的共轭取出，以上述同样的演化变换方式，将1编码到q1，得到q1的子量子态：
即,得到演化后的新量子态为：
等于
同理可得其余本征态的演化结果，在此不做赘述。最终，非0元素对应的本征态实现了演化，使演化后的量子态携带有非0元素的关键信息，而不关心的0元素则不进行操作。
在实际应用中，可以通过构造一种Oracle，该Oracle的内部原理即为本发明的方法流程。具体的，Oracle，可以理解成在量子算法中完成特定功能的模块(类似黑盒)，在具体问题中会有具体的实现方式。
目前，现有的量子线路构建往往只能够利用现有的单量子逻辑门、双量子逻辑门等等，通常存在以下问题：
对于功能比较复杂的量子线路，需要用到的量子比特数量会非常多，使用经典计算机进行模拟的时候会消耗巨大的内存空间，需要用到的逻辑门数量会非常多，模拟耗时会非常长。并且，一些复杂的算法难以用量子线路进行实现。
基于此，通过改用Oracle模拟的方式实现将分块形稀疏矩阵编码到量子态的复杂功能，并实现受控和转置共轭的功能。用户传入Oracle的参数，可以包括：Oracle名称(用于识别Oracle的功能用途)、前述的一组量子比特位、用于存储分块形稀疏矩阵A的非0元素的一维向量M、以及非0元素块的位置信息B。
这种方式的好处是，整体上将Oracle作为已知模块，无需关注其内部的实现细节，在量子应用场景例如量子线路的表示上，会非常的简单明了。由于可以将经典模拟的Oracle功能模块等效成量子逻辑门，来构造复杂的量子线路，因此节省了运行时所需的内存空间，并加快量子算法的模拟验证。
可见，通过将目标数据结构的相关信息编码到量子态，将经典的数据结构与量子领域的量子比特的状态即量子态联系起来，能够用于量子计算的模拟，以填补相关技术的空白，进一步拓展针对量子算法及量子计算机的研究。
参见图2，图2为本发明实施例提供的一种量子态的确定装置的结构示意图，与图1所示的流程相对应，可以包括：
获得模块201，用于获得目标数据结构中的各特定类元素及其第一位置信息和一组量子比特位；
编码模块202，用于针对每一所述第一位置信息，执行量子态的演化操作，以将当前第一位置信息编码到所述一组量子比特位中的第一比特位上，并将当前第一位置信息对应的特定类元素，编码到所述一组量子比特位中的第二比特位上，得到演化后的所述一组量子比特位的量子态。
具体的，所述目标数据结构包括：稀疏矩阵。
具体的，所述特定类元素包括：非0元素。
具体的，所述第一位置信息包括：所述非0元素在所述稀疏矩阵中的行序号和列序号。
具体的，所述第一比特位包括：所述稀疏矩阵的行数与列数分别对应的二进制位；
所述编码模块，具体用于：
将所述行序号和列序号的二进制表示，分别编码到所述稀疏矩阵的行数对应的二进制位和列数对应的二进制位上，以获得所述第一比特位的、振幅为1的二进制表示的第一子量子态。
具体的，所述第二比特位包括：一个辅助比特位；
所述编码模块，具体用于：
将当前第一位置信息对应的特定类元素编码到所述辅助比特位上，以获得所述辅助比特位的、振幅为特定值的二进制表示的第二子量子态；其中，所述特定值由该特定类元素的值与所述目标数据结构中绝对值最大的元素的值确定；
将所述第一子量子态和所述第二子量子态组合，得到演化后的所述一组量子比特位的量子态。
具体的，所述振幅为特定值的二进制表示的第二子量子态
为：
其中，所述Ajk *为特定类元素的值共轭，所述j为行序号，所述k为列序号，所述Amax为所述目标数据结构中绝对值最大的元素的值，所述|0>为所述辅助比特位的0态，所述|1>为所述辅助比特位的1态。
具体的，所述装置还包括：
转置共轭模块，用于执行所述量子态的演化操作对应的转置共轭操作，以将各所述演化后的所述一组量子比特位的量子态中的、振幅为特定值的二进制表示的第二子量子态，还原为所述辅助比特位的初始子量子态，其中，所述初始子量子态为所述辅助比特初始化的值所表示的量子态。
具体的，所述一组量子比特位还包括：第三比特位；
所述编码模块，具体用于：
获取所述一组量子比特位的所有本征态；其中，每一所述本征态包括：对应第一比特位的表示所有位置信息的子量子态、对应第二比特位的子量子态和对应第三比特位的子量子态；其中，所述所有位置信息包括：所述第一位置信息、所述特定类元素外的其余元素的第二位置信息；
针对每一所述本征态，判断当前本征态中所述第三比特位的子量子态的每一位是否均为1，或均为0；
如果均为1或均为0，将每一位置信息对应的元素，编码到当前本征态中第二比特位的子量子态上，得到演化后的所述一组量子比特位的量子态。
具体的，所述编码模块，具体用于：
针对每一位置信息，若当前位置信息为第一位置信息，则将该第一位置信息对应的特定类元素的值，编码到当前本征态中第二比特位的子量子态上，得到新的量子态，作为演化后的所述一组量子比特位的量子态；否则，保持当前本征态不变。
本发明实施例还包括一种存储介质，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，获得目标数据结构中的各特定类元素及其第一位置信息和一组量子比特位；
S2，针对每一所述第一位置信息，执行量子态的演化操作，以将当前第一位置信息编码到所述一组量子比特位中的第一比特位上，并将当前第一位置信息对应的特定类元素，编码到所述一组量子比特位中的第二比特位上，得到演化后的所述一组量子比特位的量子态。
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，通过将目标数据结构的相关信息编码到量子态，将经典的数据结构与量子领域的量子比特的状态即量子态联系起来，能够用于量子计算的模拟，以填补相关技术的空白，进一步拓展针对量子算法及量子计算机的研究。
本发明实施例还包括一种电子装置，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，获得目标数据结构中的各特定类元素及其第一位置信息和一组量子比特位；
S2，针对每一所述第一位置信息，执行量子态的演化操作，以将当前第一位置信息编码到所述一组量子比特位中的第一比特位上，并将当前第一位置信息对应的特定类元素，编码到所述一组量子比特位中的第二比特位上，得到演化后的所述一组量子比特位的量子态。
可见，通过将目标数据结构的相关信息编码到量子态，将经典的数据结构与量子领域的量子比特的状态即量子态联系起来，能够用于量子计算的模拟，以填补相关技术的空白，进一步拓展针对量子算法及量子计算机的研究。
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 (13)
1.一种量子态的确定方法，其特征在于，包括：
获得目标数据结构中的各特定类元素及其第一位置信息和一组量子比特位；
针对每一所述第一位置信息，执行量子态的演化操作，以将当前第一位置信息编码到所述一组量子比特位中的第一比特位上，并将当前第一位置信息对应的特定类元素，编码到所述一组量子比特位中的第二比特位上，得到演化后的所述一组量子比特位的量子态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标数据结构包括：稀疏矩阵。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述特定类元素包括：非0元素。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一位置信息包括：所述非0元素在所述稀疏矩阵中的行序号和列序号。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一比特位包括：所述稀疏矩阵的行数与列数分别对应的二进制位；
所述将所述当前第一位置信息编码到所述一组量子比特位中的第一比特位上，包括：
将所述行序号和列序号的二进制表示，分别编码到所述稀疏矩阵的行数对应的二进制位和列数对应的二进制位上，以获得所述第一比特位的、振幅为1的二进制表示的第一子量子态。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第二比特位包括：一个辅助比特位；
所述将当前第一位置信息对应的特定类元素，编码到所述一组量子比特位中的第二比特位上，得到演化后的所述一组量子比特位的量子态，包括：
将当前第一位置信息对应的特定类元素编码到所述辅助比特位上，以获得所述辅助比特位的、振幅为特定值的二进制表示的第二子量子态；其中，所述特定值由该特定类元素的值与所述目标数据结构中绝对值最大的元素的值确定；
将所述第一子量子态和所述第二子量子态组合，得到演化后的所述一组量子比特位的量子态。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述振幅为特定值的二进制表示的第二子量子态
为：
其中，所述Ajk *为特定类元素的值的共轭，所述j为行序号，所述k为列序号，所述Amax为所述目标数据结构中绝对值最大的元素的值，所述|0>为所述辅助比特位的0态，所述|1>为所述辅助比特位的1态。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
执行所述量子态的演化操作对应的转置共轭操作，以将各所述演化后的所述一组量子比特位的量子态中的、振幅为特定值的二进制表示的第二子量子态，还原为所述辅助比特位的初始子量子态，其中，所述初始子量子态为所述辅助比特初始化的值所表示的量子态。
9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述一组量子比特位还包括：第三比特位；
所述针对每一所述第一位置信息，将当前第一位置信息编码到所述一组量子比特位中的第一比特位上，并将当前第一位置信息对应的特定类元素，编码到所述一组量子比特位中的第二比特位上，得到演化后的所述一组量子比特位的量子态，包括：
获取所述一组量子比特位的所有本征态；其中，每一所述本征态包括：对应第一比特位的表示所有位置信息的子量子态、对应第二比特位的子量子态和对应第三比特位的子量子态；其中，所述所有位置信息包括：所述第一位置信息、所述特定类元素外的其余元素的第二位置信息；
针对每一所述本征态，判断当前本征态中所述第三比特位的子量子态的每一位是否均为1，或均为0；
如果均为1或均为0，将每一位置信息对应的元素，编码到当前本征态中第二比特位的子量子态上，得到演化后的所述一组量子比特位的量子态。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述将每一位置信息对应的元素，编码到当前本征态中第二比特位的子量子态上，得到演化后的所述一组量子比特位的量子态，包括：
针对每一位置信息，若当前位置信息为第一位置信息，则将该第一位置信息对应的特定类元素的值，编码到当前本征态中第二比特位的子量子态上，得到新的量子态，作为演化后的所述一组量子比特位的量子态；否则，保持当前本征态不变。
11.一种量子态的确定装置，其特征在于，包括：
获得模块，用于获得目标数据结构中的各特定类元素及其第一位置信息和一组量子比特位；
编码模块，用于针对每一所述第一位置信息，执行量子态的演化操作，以将当前第一位置信息编码到所述一组量子比特位中的第一比特位上，并将当前第一位置信息对应的特定类元素，编码到所述一组量子比特位中的第二比特位上，得到演化后的所述一组量子比特位的量子态。
12.一种存储介质，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1至10任一项中所述的方法。
13.一种电子装置，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1至10任一项中所述的方法。
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