CN114462611B - 用于估计量子门构建所需资源的方法及相关装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了用于估计量子门构建所需资源的方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质，涉及量子门构建、资源估计技术领域。该方法的一具体实施方式包括：利用预设的资源函数确定待构建的目标量子门的目标资源值；响应于该目标资源值不为0，获取资源量子门通过该资源函数确定出的基础资源值，其中，该资源函数具有张量乘积下可加的特性和在前后作用克利福德酉门时单调不增的特性；求取该目标资源值与该基础资源值的商，并将该商的上取整结果作为使用该资源量子门来构建该目标量子门的最小需求个数。区别于现有技术，该实施方式运算较为简单、运算量较小，且可适用于各种形式的量子门，不再仅限于对角形式的量子门，适用范围更广。

Description

用于估计量子门构建所需资源的方法及相关装置

技术领域

本申请涉及量子技术领域，具体涉及量子门构建、资源估计技术领域，尤其涉及用于估计量子门构建所需资源的方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质。

背景技术

量子电路合成是量子计算中非常重要且实用的方向，高效的量子电路设计方案将使得量子计算的实现更为高效，而其中最重要的技术问题之一就是估计实现一个量子门所需要的资源。

现有技术提供了仅适用于对角形式的量子门，并通过求取其等价量子态的名为RoM(Robustness of Magic)或名为稳定零化度的资源度量角度来进行合成所需资源量子门下界的估计。

发明内容

本申请实施例提出了一种用于估计量子门构建所需资源的方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质。

第一方面，本申请实施例提出了一种用于估计量子门构建所需资源的方法，包括：利用预设的资源函数确定待构建的目标量子门的目标资源值；响应于目标资源值不为0，获取资源量子门通过资源函数确定出的基础资源值；其中，资源函数具有张量乘积下可加的特性和在前后作用克利福德酉门时单调不增的特性；求取目标资源值与基础资源值的商，并将商的上取整结果作为使用资源量子门来构建目标量子门的最小需求个数。

第二方面，本申请实施例提出了一种用于估计量子门构建所需资源的装置，包括：目标资源值确定单元，被配置成利用预设的资源函数确定待构建的目标量子门的目标资源值；基础资源值确定单元，被配置成响应于目标资源值不为0，获取资源量子门通过资源函数确定出的基础资源值；其中，资源函数具有张量乘积下可加的特性和在前后作用克利福德酉门时单调不增的特性；最小需求个数计算单元，被配置成求取目标资源值与基础资源值的商，并将商的上取整结果作为使用资源量子门来构建目标量子门的最小需求个数。

第三方面，本申请实施例提供了一种电子设备，该电子设备包括：至少一个处理器；以及与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，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执行时能够实现如第一方面中任一实现方式描述的用于估计量子门构建所需资源的方法。

第四方面，本申请实施例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时能够实现如第一方面中任一实现方式描述的用于估计量子门构建所需资源的方法。

本申请实施例提供的用于估计量子门构建所需资源的方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质，首先，利用预设的资源函数确定待构建的目标量子门的目标资源值；然后，响应于该目标资源值不为0，获取资源量子门通过该资源函数确定出的基础资源值，其中，该资源函数具有张量乘积下可加的特性和在前后作用克利福德酉门时单调不增的特性；最后，求取该目标资源值与该基础资源值的商，并将该商的上取整结果作为使用该资源量子门来构建该目标量子门的最小需求个数。

区别于现有技术，本申请结合实际情况提出了一种新的资源度量函数，充分体现了张量乘积下可加的特性和在前后作用克利福德酉门时单调不增的特性，运算较为简单、运算量较小，且可适用于各种形式的量子门，不再仅限于对角形式的量子门，适用范围更广。

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

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本申请可以应用于其中的示例性系统架构；

图2为本申请实施例提供的一种用于估计量子门构建所需资源的方法的流程图；

图3为本申请实施例提供的另一种用于估计量子门构建所需资源的方法的流程图；

图4为本申请实施例提供的一种验证构建出的量子门是否具备所有要求的功能特性的方法的流程示意图；

图5为控制相位门的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的一种用于估计量子门构建所需资源的装置的结构框图；

图7为本申请实施例提供的一种适用于执用于估计量子门构建所需资源的方法的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

图1示出了可以应用本申请的用于估计量子门构建所需资源的方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质的实施例的示例性系统架构100。

如图1所示，系统架构100可以包括构建指令下发终端101、网络102和量子门构建服务器103。网络102用以在构建指令下发终端101和量子门构建服务器103之间提供通信链路的介质。网络102可以包括各种连接类型，例如有线、无线通信链路或者光纤电缆等等。

用户可以使用构建指令下发终端101经由网络104与量子门构建服务器103进行交互，以接收或发送消息等。构建指令下发终端101和量子门构建服务器103上可以安装有各种用于实现两者之间进行信息通讯的应用，例如量子门构建类应用、资源估计类应用、即时通讯类应用等。

指令下发终端101和量子门构建服务器103可以是硬件，也可以是软件。当指令下发终端101为硬件时，可以是具有显示屏的各种电子设备，包括但不限于智能手机、平板电脑、膝上型便携计算机和台式计算机等等；当指令下发终端101为软件时，可以安装在上述所列举的电子设备中，其可以实现成多个软件或软件模块，也可以实现成单个软件或软件模块，在此不做具体限定。当量子门构建服务器103为硬件时，可以实现成多个服务器组成的分布式服务器集群，也可以实现成单个服务器；当量子门构建服务器103为软件时，可以实现成多个软件或软件模块，也可以实现成单个软件或软件模块，在此不做具体限定。

量子门构建服务器103通过内置的各种应用可以提供各种服务，以可以提供对指示的待构建的目标量子门需要多少个资源量子门构建进行资源估计服务的资源估计类应用为例，量子门构建服务器103在运行该资源估计类应用时可实现如下效果：首先，接收构建指令下发终端101通过网络102发来的待构建的目标量子门；然后，利用预设的资源函数确定待构建的目标量子门的目标资源值；接着，在判断出该目标资源值不为0时，获取资源量子门通过该资源函数确定出的基础资源值，其中，该资源函数具有张量乘积下可加的特性和在前后作用克利福德酉门时单调不增的特性；最后，求取该目标资源值与该基础资源值的商，并将该商的上取整结果作为使用该资源量子门来构建该目标量子门的最小需求个数。

需要指出的是，待构建的目标量子门的相关信息除可以从构建指令下发终端101通过网络102获取到之外，也可以通过各种方式预先存储在量子门构建服务器103本地。因此，当量子门构建服务器103检测到本地已经存储有这些数据时(例如开始处理之前留存的待处理资源估计任务)，可选择直接从本地获取这些数据，在此种情况下，示例性系统架构100也可以不包括构建指令下发终端101和网络102。

出于计算方式保密等需求，上述用于估计量子门构建所需资源的方法一般由专门的量子门构建服务器103来执行，相应地，用于估计量子门构建所需资源的装置一般也设置于量子门构建服务器103中，或直接由该量子门构建服务器103充当该装置。但同时也需要指出的是，在构建指令下发终端101被允许执行上述操作或具备执行上述操作的条件时，构建指令下发终端101也可以通过其上安装的资源估计类应用直接得到相同的结果。相应的，此时用于估计量子门构建所需资源的装置也可以设置于构建指令下发终端101中。在此种情况下，示例性系统架构100也可以不包括网络102和量子门构建服务器103。

应该理解，图1中的构建指令下发终端、网络和量子门构建服务器的数目仅仅是示意性的。根据实现需要，可以具有任意数目的构建指令下发终端、网络和量子门构建服务器。

请参考图2，图2为本申请实施例提供的一种用于估计量子门构建所需资源的方法的流程图，其中流程200包括以下步骤：

步骤201：利用预设的资源函数确定待构建的目标量子门的目标资源值；

本步骤旨在由用于估计量子门构建所需资源的方法的执行主体(例如图1所示的构建指令下发终端101或量子门构建服务器103)利用预设的资源函数确定待构建的目标量子门的目标资源值。

其中，待构建的目标量子门的相关信息可从多处获取到，例如通过从终端设备本地的存储空间中读取到，或者由量子门设计软件的输出端口得到，也可以是通过网络链接下载得到等等，可通过多种途径获取到待构建的目标量子门的相关信息，只需要满足使用预设的资源函数得到相应的目标资源值即可。

其中，该资源函数应具有张量乘积下可加的特性和在前后作用克利福德酉门时单调不增的特性。克利福德酉门是在合成或构建目标量子门时的一种较为廉价的基础资源，通常不限数量，相对的，诸如T门、V等资源量子门则属于较为昂贵的资源，因此通常在考虑构建目标量子门时，重点是如何准确确定资源量子门的使用数量，因此该资源函数应具有在前后作用克利福德酉门时单调不增的特性；而张量积下具有可加特性则是因为每个资源量子门在单独使用和多个同时使用时并不会出现不同的影响，因此需要其遵循加法。

步骤202：响应于目标资源值不为0，获取资源量子门通过资源函数确定出的基础资源值；

在步骤201的基础上，本步骤旨在由上述执行主体在该目标资源值不为0的情况下，获取到资源量子门通过资源函数确定出的基础资源值。

其中，该资源量子门则指T门、V门等常见的资源量子门，资源函数则与步骤201中描述的一致，之所以将其资源值称为基础资源值，是因为资源量子门作为构建目标量子门的基础单位。

应当理解的是，在具有张量乘积下可加的特性和在前后作用克利福德酉门时单调不增的特性的要求下，该资源函数可表达为多种形式，一种包括但不限于的公式表达形式为：

g(U)＝log₂P(U)-2n；

其中，U指代量子门，P(U)是量子门U的泡利函数中取值为非零的元素个数，n为量子门的量子比特数。一个n-量子比特的量子门U，是一个2ⁿ×2ⁿ维的矩阵，它的泡利函数S_U定义为1个含有16ⁿ个数的数列，通常可具体表示为：

其中，C和D是属于

的泡利矩阵，CUDU表示矩阵C、U、D、U依次相乘，

表示对最后的矩阵U进行共轭转置，tr()代表求矩阵的迹。具体的，泡利函数S_U的结果是一列数字，由16ⁿ个在-1到1之间的实数组成，

是张量积，以及I,X,Y,Z分别是如下矩阵：

i表示虚数。

为便于理解，此处举例说明：对于2-量子比特的量子门U，即当n＝2时，C和D的取法均有如下16种：

和

因此，此时S_U中含有16²＝256个数。

步骤203：求取目标资源值与基础资源值的商，并将商的上取整结果作为使用资源量子门来构建目标量子门的最小需求个数。

在步骤202的基础上，本步骤旨在由上述执行主体通过求取目标资源值与基础资源值的商的上取整结果，来得到使用资源量子门来构建目标量子门的最小需求个数。其中，上取整可理解为无法整除时采用进1法，即若商为3.1，则其上取整结果为4。

区别于现有技术，本申请实施例提供的用于估计量子门构建所需资源的方法，结合实际情况提出了一种新的资源度量函数，充分体现了张量乘积下可加的特性和在前后作用克利福德酉门时单调不增的特性，运算较为简单、运算量较小，且可适用于各种形式的量子门，不再仅限于对角形式的量子门，适用范围更广。

请参考图3，图3为本申请实施例提供的另一种用于估计量子门构建所需资源的方法的流程图，其中流程300包括以下步骤：

步骤301：利用预设的资源函数确定待构建的目标量子门的目标资源值；

本步骤与流程200中的步骤201一致，此处不再重复赘述，相应内容可参见步骤201的相应部分。

步骤302：判断目标资源值是否为0，若是，执行步骤303，否则执行步骤305；

本步骤旨在由上述执行主体通过判断目标资源值是否为0的方式，来确定构建目标量子门是否可不使用资源量子门，因为通过预设资源函数计算得到的目标资源值具有在前后作用克利福德酉门时单调不增的特性，也就是说若仅需使用克利福德酉门就可以构建得到该目标量子门时，该目标资源值应为0。

步骤303：确定可仅使用克里福德酉门来构建目标量子门；

本步骤建立在步骤302的判断结果为目标资源值为0的基础上，将确定可仅使用克里福德酉门来构建目标量子门。

步骤304：仅使用不限数量的克里福德酉门构建目标量子门；

在步骤303的基础上，本步骤旨在由上述执行主体仅使用不限数量的克里福德酉门构建该目标量子门。

步骤305：获取资源量子门通过资源函数确定出的基础资源值；

本步骤建立在步骤302的判断结果为目标资源值不为0的基础上，说明还需要使用资源量子门来构建该目标资源们，因此本步骤获取资源量子门通过资源函数确定出的基础资源值。应当理解的是，不同种类的资源量子门通常拥有不同的基础资源值，而在构建一个目标量子门时通常仅使用一种类别的资源量子门。

步骤306：求取目标资源值与基础资源值的商，并将商的上取整结果作为使用资源量子门来构建目标量子门的最小需求个数；

在步骤305的基础上，本步骤旨在由上述执行主体求取目标资源值与基础资源值的商，并将商的上取整结果作为使用资源量子门来构建目标量子门的最小需求个数。

其中，最小需求个数表示最少使用该数量的资源量子门即可构建得到应当具备所有要求的功能特性的目标量子门，但不排除也可以使用比最小需求个数更多的资源量子门来构建得到该目标量子门，尤其是在某些可能存在特殊要求的场景下。

步骤307：根据最小需求个数生成备选数量集；

在步骤306的基础上，本步骤旨在由上述执行主体根据上述计算出的根据最小需求个数生成备选数量集，该备选数量集中的下限为该最小需求个数，上限则可以自行设定，例如根据预设的自定义增加步长来得到多个备选数量。

步骤308：根据备选数量集指导使用相应数量的资源量子门和不限数量的克里福德酉门构建目标量子门。

在步骤307的基础上，本步骤旨在根据包含对应不同实际需求的备选数量的备选数量集，来指导使用相应数量的资源量子门和不限数量的克里福德酉门构建目标量子门。

区别于上一实施例，本实施例还通过步骤303和步骤304给出了当目标资源值为0时目标量子门构建方式；还通过步骤307和步骤308针对目标资源值不为0时给出一种适用于多种实际场景需求的目标量子门构建方式，即通过将最小需求个数设置为备选数量集的下限，使得备选数量集中的每个备选数量均为可用数量，可满足不同场景下的特殊要求。

应当理解的是，本实施例中的步骤303-步骤304和步骤307-步骤308之前并不存在因果和依赖关系，分别是针对不同的情况分支在不同方向给出的不同具体方案，因此上述两部分具体方案完全可分别基于上一实施例形成两个单独的优选实施例，本实施例仅作为同时存在两部分优选方案的一个特殊优选实施例存在。

由于在量子领域下当前的研究还不完全透彻，为了防止从理论上认为已可以构建得到的具备所有要求的功能特性的目标量子门的最小需求个数有误，本实施例针对流程300中的步骤308还具体给出了一种验证的方式，请参考图4，图4为本申请实施例提供的另一种用于估计量子门构建所需资源的方法的流程图，其中流程400包括以下步骤：

步骤401：利用最小需求个数的资源量子门和不限数量的克里福德酉门构建得到待测量子门；

本步骤旨在由上述执行主体利用最小需求个数的资源量子门和不限数量的克里福德酉门，来尝试性的构建得到一个待测量子门。

步骤402：判断待测量子门是否具备所有要求的功能特性，若具备，执行步骤406，否则执行步骤403；

在步骤401的基础上，本步骤旨在由上述执行主体来验证构建出的待测量子门是否具备所有要求的功能特性。其中，应具备的所有要求的功能特性应可以根据待构建的目标量子门的相关信息中得到。

步骤403：通过第一预设路径上报待测量子门构建异常的通知信息；

本步骤建立在步骤402的判断结果为该待测量子门不具备所有要求的功能特性的基础上，说明按照预设资源函数和计算方式算出的最小需求个数无法构建得到预期的目标量子门，因此将通过第一预设路径上报待测量子门构建异常的通知信息，以使根据接收到该通知信息及时获知这一情况。

步骤404：使用数量高于最小需求个数的资源量子门和数量不限的克里福德酉门，构建得到新待测量子门；

本步骤建立在步骤402的判断结果为该待测量子门不具备所有要求的功能特性的基础上，为了验证上述方案计算出的最小需求个数是否确实有误，本步骤旨在由上述执行主体使用数量高于最小需求个数的资源量子门和数量不限的克里福德酉门，构建得到新待测量子门。

在实践中，可采用每次增加一个资源量子门的数量的方式来逐步进行尝试，以确保结果的准确性。

步骤405：响应于新待测量子门具有所有要求的功能特性，通过第三路径上报最小需求个数错误的通知信息；

在步骤404的基础上，本步骤旨在由上述执行主体处于新待测量子门具有所有要求的功能特性时，通过第三路径上报最小需求个数错误的通知信息。也就说，通过步骤404的验证，证实了当前计算出的最小需求个数确实有误，因为通过更改为更大的个数时确实得到了与其的目标量子门。

在证实这一情况时，还可以进一步统计出现此种情况的几率，根据尽可能详尽的数据来做分析，来确定产生该问题的原因具体是因为某种特定类型的目标量子门还是采用的某种特定类型的资源量子门，以及各种可能造成影响的其它因素。

步骤406：将具备所有要求的功能特性的量子门作为目标量子门，并通过第二预设路径返回目标量子门构建成功的通知信息。

本步骤建立在步骤402的判断结果为按最小需求个数生成的待测量子门具备所有要求的功能特性，以及步骤405验证了按照比最小需求个数更大个数的资源量子门构建出的新待测量子门具有所有要求的功能特性的基础上，将通过第二预设路径返回目标量子门构建成功的通知信息。

上述第一预设路径、第二预设路径以及第三预设路径可表现为多少形式，例如短信、邮件、即时通信应用、界面弹窗、声/光/震动报警器等等，也可以同为一种路径，此处不做具体限定。

本实施例具体提供了一种验证计算出的最小数量个数是否可确实构建出目标量子门的方案，充分考虑到了可能存在的未知影响因素，使得最终得到结论更准确，也为异常出现提供了相应的处理方式，有利于不断改进资源函数使其更加准确。

为加深理解，本申请还结合一个具体应用场景下一个具体例子，来更加具体的来展现上述方案：

针对如图5所示的一种目标量子门—控制相位门(CS，Controlled-phase)，来计算具体需要使用多少个T门(资源量子门的一种)来构建得到，其中，该CS门和T门可分别表示为如下矩阵：

其中，T门为1-量子比特门，可知其泡利函数为：

其中非零元素有6个，即P(T)＝6，套用资源函数计算得：g(T)＝log₂P(T)-2＝log₂6-2≈0.585。

可同理计算得到CS门的目标资源值，并通过求商和上取整运算，可快速得到至少需要使用3个T门即可构建得到CS门。

经验证，在仅使用3个T门和不限数量的克利福德酉门的情况下，确实可构建得到具备所有要求的功能特性的CS门。相较于传统方式可极大提升资源估计的准确率和效率。

进一步参考图6，作为对上述各图所示方法的实现，本申请提供了一种用于估计量子门构建所需资源的装置的一个实施例，该装置实施例与图2所示的方法实施例相对应，该装置具体可以应用于各种电子设备中。

如图6所示，本实施例的用于估计量子门构建所需资源的装置600可以包括：目标资源值确定单元601、基础资源值确定单元602、最小需求个数计算单元603。其中，目标资源值确定单元601，被配置成利用预设的资源函数确定待构建的目标量子门的目标资源值；基础资源值确定单元602，被配置成响应于目标资源值不为0，获取资源量子门通过资源函数确定出的基础资源值；其中，资源函数具有张量乘积下可加的特性和在前后作用克利福德酉门时单调不增的特性；最小需求个数计算单元603，被配置成求取目标资源值与基础资源值的商，并将商的上取整结果作为使用资源量子门来构建目标量子门的最小需求个数。

在本实施例中，用于估计量子门构建所需资源的装置600中：目标资源值确定单元601、基础资源值确定单元602、最小需求个数计算单元603的具体处理及其所带来的技术效果可分别参考图2对应实施例中的步骤201-203的相关说明，在此不再赘述。

在本实施例的一些可选的实现方式中，该资源函数包括下述公式表达形式：

g(U)＝log₂P(U)-2n；

其中，U指代量子门，P(U)是量子门U的泡利函数中取值为非零的元素个数，n为量子门的量子比特数。

在本实施例的一些可选的实现方式中，用于估计量子门构建所需资源的装置600中还可以包括：

简单构建单元，被配置成响应于目标资源值为0，确定可仅使用克里福德酉门来构建目标量子门。

在本实施例的一些可选的实现方式中，用于估计量子门构建所需资源的装置600中还可以包括：

备选数量集生成单元，被配置成根据最小需求个数生成备选数量集；其中，最小需求个数为备选数量集中的最小值；

目标量子门构建单元，被配置成根据备选数量集指导使用相应数量的资源量子门和不限数量的克里福德酉门构建目标量子门。

在本实施例的一些可选的实现方式中，该目标量子门构建单元可以包括：

待测量子门构建子单元，被配置成利用最小需求个数的资源量子门和不限数量的克里福德酉门构建得到待测量子门；

第一通知信息发送子单元，被配置成响应于确定待测量子门不具备所有要求的功能特性，通过第一预设路径上报待测量子门构建异常的通知信息；

第二通知信息发送子单元，被配置成响应于确定待测量子门具备所有要求的功能特性，将待测量子门作为目标量子门，并通过第二预设路径返回目标量子门构建成功的通知信息。

在本实施例的一些可选的实现方式中，用于估计量子门构建所需资源的装置600中还可以包括：

新待测量子门构建子单元，被配置成当待测量子门不具备所有要求的功能特性时，使用数量高于最小需求个数的资源量子门和数量不限的克里福德酉门，构建得到新待测量子门；

第三通知信息发送子单元，被配置成响应于新待测量子门具备所有要求的功能特性，通过第三路径上报最小需求个数错误的通知信息。

本实施例作为对应于上述方法实施例的装置实施例存在，区别于现有技术，本申请实施例提供的用于估计量子门构建所需资源的装置，结合实际情况提出了一种新的资源度量函数，充分体现了张量乘积下可加的特性和在前后作用克利福德酉门时单调不增的特性，运算较为简单、运算量较小，且可适用于各种形式的量子门，不再仅限于对角形式的量子门，适用范围更广。

根据本申请的实施例，本申请还提供了一种电子设备和一种计算机可读存储介质。

图7示出了一种适于用来实现本申请实施例的用于估计量子门构建所需资源的方法的电子设备的框图。电子设备旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本申请的实现。

如图7所示，该电子设备包括：一个或多个处理器701、存储器702，以及用于连接各部件的接口，包括高速接口和低速接口。各个部件利用不同的总线互相连接，并且可以被安装在公共主板上或者根据需要以其它方式安装。处理器可以对在电子设备内执行的指令进行处理，包括存储在存储器中或者存储器上以在外部输入/输出装置(诸如，耦合至接口的显示设备)上显示GUI的图形信息的指令。在其它实施方式中，若需要，可以将多个处理器和/或多条总线与多个存储器和多个存储器一起使用。同样，可以连接多个电子设备，各个设备提供部分必要的操作(例如，作为服务器阵列、一组刀片式服务器、或者多处理器系统)。图7中以一个处理器701为例。

存储器702即为本申请所提供的非瞬时计算机可读存储介质。其中，存储器存储有可由至少一个处理器执行的指令，以使至少一个处理器执行本申请所提供的用于估计量子门构建所需资源的方法。本申请的非瞬时计算机可读存储介质存储计算机指令，该计算机指令用于使计算机执行本申请所提供的用于估计量子门构建所需资源的方法。

存储器702作为一种非瞬时计算机可读存储介质，可用于存储非瞬时软件程序、非瞬时计算机可执行程序以及模块，如本申请实施例中的用于估计量子门构建所需资源的方法对应的程序指令/模块(例如，附图5所示的目标资源值确定单元501、基础资源值确定单元502、最小需求个数计算单元503)。处理器701通过运行存储在存储器702中的非瞬时软件程序、指令以及模块，从而执行服务器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的用于估计量子门构建所需资源的方法。

存储器702可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储该电子设备在执行用于估计量子门构建所需资源的方法所创建的各类数据等。此外，存储器702可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非瞬时存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非瞬时固态存储器件。在一些实施例中，存储器702可选包括相对于处理器701远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至适用于执行用于估计量子门构建所需资源的方法的电子设备。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。

适用于执行用于估计量子门构建所需资源的方法的电子设备还可以包括：输入装置703和输出装置704。处理器701、存储器702、输入装置703和输出装置704可以通过总线或者其他方式连接，图7中以通过总线连接为例。

输入装置703可接收输入的数字或字符信息，以及产生适用于执行用于估计量子门构建所需资源的方法的电子设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入，例如触摸屏、小键盘、鼠标、轨迹板、触摸板、指示杆、一个或者多个鼠标按钮、轨迹球、操纵杆等输入装置。输出装置704可以包括显示设备、辅助照明装置(例如，LED)和触觉反馈装置(例如，振动电机)等。该显示设备可以包括但不限于，液晶显示器(LCD)、发光二极管(LED)显示器和等离子体显示器。在一些实施方式中，显示设备可以是触摸屏。

此处描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、专用ASIC(专用集成电路)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。

这些计算程序(也称作程序、软件、软件应用、或者代码)包括可编程处理器的机器指令，并且可以利用高级过程和/或面向对象的编程语言、和/或汇编/机器语言来实施这些计算程序。如本文使用的，术语“机器可读介质”和“计算机可读介质”指的是用于将机器指令和/或数据提供给可编程处理器的任何计算机程序产品、设备、和/或装置(例如，磁盘、光盘、存储器、可编程逻辑装置(PLD))，包括，接收作为机器可读信号的机器指令的机器可读介质。术语“机器可读信号”指的是用于将机器指令和/或数据提供给可编程处理器的任何信号。

为了提供与用户的交互，可以在计算机上实施此处描述的系统和技术，该计算机具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，CRT(阴极射线管)或者LCD(液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给计算机。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。

可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算系统(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算系统(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(LAN)、广域网(WAN)和互联网。

计算系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，又称为云计算服务器或云主机，是云计算服务体系中的一项主机产品，以解决传统物理主机与虚拟专用服务器(VPS，Virtual Private Server)服务中存在的管理难度大，业务扩展性弱的缺陷。

本申请实施例结合实际情况提出了一种新的资源度量函数，充分体现了张量乘积下可加的特性和在前后作用克利福德酉门时单调不增的特性，运算较为简单、运算量较小，且可适用于各种形式的量子门，不再仅限于对角形式的量子门，适用范围更广。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发申请中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本申请公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本申请保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本申请的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请保护范围之内。

Claims (12)

1.一种用于估计量子门构建所需资源的方法，包括：

利用预设的资源函数确定待构建的目标量子门的目标资源值；

响应于所述目标资源值不为0，获取资源量子门通过所述资源函数确定出的基础资源值；其中，所述资源函数具有张量乘积下可加的特性和在前后作用克利福德酉门时单调不增的特性；

求取所述目标资源值与所述基础资源值的商，并将所述商的上取整结果作为使用所述资源量子门来构建所述目标量子门的最小需求个数；

所述资源函数包括下述公式表达形式：

g(U)＝log₂P(U)-2n；

其中，U指代量子门，P(U)是量子门U的泡利函数中取值为非零的元素个数，n为量子门的量子比特数，所述泡利函数由16ⁿ个在-1到1之间的实数组成。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：

响应于所述目标资源值为0，确定可仅使用所述克里福德酉门来构建所述目标量子门。

3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括：

根据所述最小需求个数生成备选数量集；其中，所述最小需求个数为所述备选数量集中的最小值；

根据所述备选数量集指导使用相应数量的资源量子门和不限数量的克里福德酉门构建所述目标量子门。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述根据所述备选数量集指导使用相应数量的资源量子门和不限数量的克里福德酉门构建所述目标量子门，包括：

利用所述最小需求个数的资源量子门和不限数量的克里福德酉门构建得到待测量子门；

响应于确定所述待测量子门不具备所有要求的功能特性，通过第一预设路径上报所述待测量子门构建异常的通知信息；

响应于确定所述待测量子门具备所有要求的功能特性，将所述待测量子门作为所述目标量子门，并通过第二预设路径返回所述目标量子门构建成功的通知信息。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，当所述待测量子门不具备所有要求的功能特性时，还包括：

使用数量高于所述最小需求个数的资源量子门和数量不限的克里福德酉门，构建得到新待测量子门；

响应于所述新待测量子门具备所有要求的功能特性，通过第三路径上报所述最小需求个数错误的通知信息。

6.一种用于估计量子门构建所需资源的装置，包括：

目标资源值确定单元，被配置成利用预设的资源函数确定待构建的目标量子门的目标资源值；

基础资源值确定单元，被配置成响应于所述目标资源值不为0，获取资源量子门通过所述资源函数确定出的基础资源值；其中，所述资源函数具有张量乘积下可加的特性和在前后作用克利福德酉门时单调不增的特性；

最小需求个数计算单元，被配置成求取所述目标资源值与所述基础资源值的商，并将所述商的上取整结果作为使用所述资源量子门来构建所述目标量子门的最小需求个数；

所述资源函数包括下述公式表达形式：

g(U)＝log₂P(U)-2n；

其中，U指代量子门，P(U)是量子门U的泡利函数中取值为非零的元素个数，n为量子门的量子比特数，所述泡利函数由16ⁿ个在-1到1之间的实数组成。

7.根据权利要求6所述的装置，还包括：

简单构建单元，被配置成响应于所述目标资源值为0，确定可仅使用所述克里福德酉门来构建所述目标量子门。

8.根据权利要求6或7所述的装置，还包括：

备选数量集生成单元，被配置成根据所述最小需求个数生成备选数量集；其中，所述最小需求个数为所述备选数量集中的最小值；

目标量子门构建单元，被配置成根据所述备选数量集指导使用相应数量的资源量子门和不限数量的克里福德酉门构建所述目标量子门。

9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述目标量子门构建单元包括：

待测量子门构建子单元，被配置成利用所述最小需求个数的资源量子门和不限数量的克里福德酉门构建得到待测量子门；

第一通知信息发送子单元，被配置成响应于确定所述待测量子门不具备所有要求的功能特性，通过第一预设路径上报所述待测量子门构建异常的通知信息；

第二通知信息发送子单元，被配置成响应于确定所述待测量子门具备所有要求的功能特性，将所述待测量子门作为所述目标量子门，并通过第二预设路径返回所述目标量子门构建成功的通知信息。

10.根据权利要求9所述的装置，还包括：

新待测量子门构建子单元，被配置成当所述待测量子门不具备所有要求的功能特性时，使用数量高于所述最小需求个数的资源量子门和数量不限的克里福德酉门，构建得到新待测量子门；

第三通知信息发送子单元，被配置成响应于所述新待测量子门具备所有要求的功能特性，通过第三路径上报所述最小需求个数错误的通知信息。

11.一种电子设备，包括：

至少一个处理器；以及

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1-5中任一项所述的用于估计量子门构建所需资源的方法。

12.一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，所述计算机指令用于使所述计算机执行权利要求1-5中任一项所述的用于估计量子门构建所需资源的方法。

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