CN115169570B - 量子网络协议仿真方法、装置及电子设备 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种量子网络协议仿真方法、装置及电子设备，涉及量子技术领域，具体涉及量子网络技术领域。具体实现方案为：获取量子网络协议的操作信息；基于所述操作信息，对量子网络协议进行转换，得到第一信息，第一信息包括第一操作指令，第一操作指令指示与量子网络协议等效的第一量子电路的量子操作；基于第二信息运行第二信息对应的第二量子电路，得到仿真结果，仿真结果用于表征基于量子网络协议进行信息处理后得到的结果，第二信息基于第一信息确定，第二信息包括第二操作指令，第二操作指令指示与第一量子电路等效的第二量子电路的量子操作，量子操作包括量子测量操作和量子门操作，第二量子电路中的量子测量操作位于量子门操作之后。

Description

量子网络协议仿真方法、装置及电子设备

技术领域

本公开涉及量子计算技术领域，尤其涉及量子网络技术领域，具体涉及一种量子网络协议仿真方法、装置及电子设备。

背景技术

量子网络是通过量子技术赋能经典网络的一种方式，通过对量子资源以及量子通信技术的使用，来提升经典网络的信息处理能力，加强信息传输的安全性，提供全新的互联网服务。

区别于通常的量子算法，量子网络协议的操作中除了不同节点对其本地寄存器中的经典信息和量子信息进行操作外，还存在节点之间的经典信息与量子信息的交互。

目前，量子网络协议的演化通常可能会跳过逻辑仿真，直接从功能模拟到实际测试。

发明内容

本公开提供了一种量子网络协议仿真方法、装置及电子设备。

根据本公开的第一方面，提供了一种量子网络协议仿真方法，包括：

获取量子网络协议的操作信息，所述量子网络协议用于在N个节点之间进行信息处理，N为大于1的整数；

基于所述操作信息，对所述量子网络协议进行转换，得到第一信息，所述第一信息包括第一操作指令，所述第一操作指令指示与所述量子网络协议等效的第一量子电路的量子操作；

基于第二信息运行所述第二信息对应的第二量子电路，得到仿真结果，所述仿真结果用于表征基于所述量子网络协议进行信息处理后得到的结果，所述第二信息基于所述第一信息确定，所述第二信息包括第二操作指令，所述第二操作指令指示与所述第一量子电路等效的所述第二量子电路的量子操作，所述量子操作包括量子测量操作和量子门操作，所述第二量子电路中的量子测量操作位于量子门操作之后。

根据本公开的第二方面，提供了一种量子网络协议仿真装置，包括：

第一获取模块，用于获取量子网络协议的操作信息，所述量子网络协议用于在N个节点之间进行信息处理，N为大于1的整数；

转换模块，用于基于所述操作信息，对所述量子网络协议进行转换，得到第一信息，所述第一信息包括第一操作指令，所述第一操作指令指示与所述量子网络协议等效的第一量子电路的量子操作；

运行模块，用于基于第二信息运行所述第二信息对应的第二量子电路，得到仿真结果，所述仿真结果用于表征基于所述量子网络协议进行信息处理后得到的结果，所述第二信息基于所述第一信息确定，所述第二信息包括第二操作指令，所述第二操作指令指示与所述第一量子电路等效的所述第二量子电路的量子操作，所述量子操作包括量子测量操作和量子门操作，所述第二量子电路中的量子测量操作位于量子门操作之后。

根据本公开的第三方面，提供了一种电子设备，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能够执行第一方面中的任一项方法。

根据本公开的第四方面，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第一方面中的任一项方法。

根据本公开的第五方面，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序在被处理器执行时实现第一方面中的任一项方法。

根据本公开的技术解决了量子网络协议的逻辑仿真实现比较难的问题，简化了量子网络协议的逻辑仿真。

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

附图用于更好地理解本方案，不构成对本公开的限定。其中：

图1是根据本公开第一实施例的量子网络协议仿真方法的流程示意图；

图2是一示例的量子寄存器的结构示意图；

图3是一示例的量子电路图的结构示意图；

图4是一示例的广义量子电路的结构示意图；

图5是不同节点的信息传输的原理示意图；

图6是一示例的标准量子电路的结构示意图；

图7是根据本公开第二实施例的量子网络协议仿真装置的结构示意图；

图8是用来实施本公开的实施例的示例电子设备的示意性框图。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的示范性实施例做出说明，其中包括本公开实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本公开的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。

第一实施例

如图1所示，本公开提供一种量子网络协议仿真方法，包括如下步骤：

步骤S101：获取量子网络协议的操作信息，所述量子网络协议用于在N个节点之间进行信息处理。

其中，N为大于1的整数。

本实施例中，量子网络协议仿真方法涉及量子计算技术领域，尤其涉及量子网络技术领域，其可以广泛应用于量子网络协议的设计场景下。本公开实施例的量子网络协议仿真方法，可以由本公开实施例的量子网络协议仿真装置执行。本公开实施例的量子网络协议仿真装置可以配置在电子设备中，以执行本公开实施例的量子网络协议仿真方法。该电子设备可以为量子计算机。

量子网络协议可以为进行量子通信的各方为完成通信遵循的事先约定的一组规则。区别于通常的量子算法，量子网络协议的操作中除了不同节点对其本地寄存器中的经典信息和量子信息进行操作外，还存在节点之间的经典信息与量子信息的交互。比如，量子网络协议可以包括：在节点A上制备量子纠缠态，将所制备的量子纠缠态发送给节点B，节点B通过本地相关的操作，以恢复节点A发送的数据。

这种交互方式一方面给量子网络带来了前所未有的计算性能(例如，分布式量子算法指数提升量子计算机算力)和安全性(例如，盲量子计算保护用户计算隐私)；另一方面，也为其量子网络协议设计及其模拟带来了难点。

目前，当前量子计算机的具体实现并不能直接满足量子网络协议中某些理论上的操作需求，比如将一个量子比特从一个寄存单元传输到另一个寄存单元，将部分量子比特进行测量并通过测量结果调控其余量子比特等，这些量子网络协议中常用的操作均无法直接在当前量子计算机上实现。因此，如何在一台量子计算机上模拟量子网络协议中的常用操作，进而运行整个量子网络协议，是一个业界广泛关注的难题。

通常一个量子网络协议的演化包含从初始的想法设计、软件层面上的功能模拟、软硬件结合的逻辑仿真、小规模的实际测试、大规模的标准化部署等五个阶段。由于量子网络协议常用的操作难以直接在当前量子计算机上实现，因此，具有软硬件结合的逻辑仿真难以完成，阻碍了量子网络协议后期的实际测试和标准化部署。另一方面，如果跳过逻辑仿真，直接从功能模拟到实际测试，则会增加实验测试的时间和经费代价。

基于此，本实施例提供了一种量子网络协议的逻辑仿真方法，可以将量子网络协议部署到量子计算机上运行，从而实现量子网络协议的真机部署，实现量子网络协议的逻辑仿真。

量子网络协议用于在N个节点之间进行信息处理，其可以通过操作信息如操作指令，来实现在N个节点之间进行信息处理，该信息处理可以包括在节点内的信息处理和节点间的信息交互。即基于量子网络协议在N个节点之间进行信息处理时，不仅可以通过在任一节点上执行经典操作和/或量子操作，来进行信息处理，还可以通过在不同节点上执行量子比特传输操作，来进行信息交互。操作信息可以包括用于实现本地的经典操作和/或量子操作的操作指令，以及用于实现不同节点之间的量子比特传输操作的操作指令。

在一可选实施方式中，可以通过量子寄存器，来存储和操作量子比特，每个节点可以对应一个量子寄存器，如节点A对应量子寄存器A，节点B对应量子寄存器B。

量子寄存器的一示例结构可以如图2所示，一个量子寄存器可以包含多个存储单元(unit)，每个存储单元可以对应一个量子比特，其可以包含四部分内容，分别是量子比特(qubit)，量子比特测量结果(outcome)，标识符(identifier)以及单元地址(address)。

相应的，节点的本地量子操作可以对应于该节点对应量子寄存器上的操作，如节点A的本地量子操作对应于量子寄存器A上的操作，节点B的本地量子操作对应于量子寄存器B上的操作。

量子寄存器上的操作可以通过操作指令来实现，一个量子寄存器上的操作指令可以表示为[name，address，parameters，condition]，其中，name表示量子操作的类型，address表示待操作的量子寄存器中的单元地址，parameters表示量子操作涉及的相关参数，condition表示量子操作的受控条件。

例如：量子寄存器A上的操作指令[X，1，None，0]表示在量子寄存器A中的寄存单元1上作用泡利Pauli X门，受控条件为0，即受控条件为对应量子电路的量子位0上的测量结果。

需要说明的是，如果操作指令对应的是双比特量子门的操作，则address为一个列表，列表中的第一个元素为控制位的单元地址，第二个元素为受控为的单元地址。

另外，作用于量子寄存器上的操作指令可以表示对该量子寄存器对应节点上的本地量子比特进行操作，因此，对于address参数可以是指节点上的本地单元地址，即对应单元地址的量子比特只有该节点具有操作权限。

量子网络协议的操作信息可以通过一个有序列表来表征，可以根据量子网络协议的逻辑，将对应于量子网络协议的各量子寄存器上的操作指令以及量子比特传输操作的操作指令，按照其逻辑顺序添加到该有序列表中。

不同的量子网络协议会存在不同的操作信息，可以获取预先设计的量子网络协议的操作信息，其获取方式包括但不限于本地获取、其他电子设备发送等。相应的，可以基于该操作信息检测量子网络协议的稳定性、运行效率等相关指标，并可以基于检测出的相关指标调整该操作信息，以对量子网络协议进行优化调整，或者进一步推进量子网络协议的真实实验测试。

步骤S102：基于所述操作信息，对所述量子网络协议进行转换，得到第一信息，所述第一信息包括第一操作指令，所述第一操作指令指示与所述量子网络协议等效的第一量子电路的量子操作。

为了更好地阐述该步骤的过程，首先对量子电路模型进行说明。

量子电路模型是一种常用的量子计算模型。通过对初始量子态进行量子门操作完成量子态的演化，并通过量子测量提取计算结果。而量子电路图则表示了量子电路模型计算的全部过程。

图3是一示例的量子电路图的结构示意图，如图3所示，可以用一根水平线表示一个量子比特系统，从上至下依次对量子比特位进行标号，其中，量子位的标号往往从零开始，量子位的总个数定义为量子电路的宽度。

通常约定量子电路图从左往右读取，最左端为初始的量子态，其中，通常每个量子比特初始化为零态，之后对初始态依次作用不同的量子门操作以完成量子态的演化。最终在量子电路图的最右端，可以对每个量子比特系统进行量子测量，得到测量结果。

量子电路图中除了初始量子态以外的其余部分，通常可以按照量子门的作用顺序用一个有序的指令列表进行表示，指令列表中每个元素代表一个操作指令，该操作指令可以为量子门操作指令或者量子测量指令。

每一个单比特量子门(如H，X，Y，Z，S，T，Rx，Ry，Rz等)表示为一个包含三个元素的操作指令[name，which_qubit，parameters]，其中name为量子门的名称，which_qubit为量子门作用的量子位，parameters为量子门的参数(如没有参数则默认为None)。例如，[Rx，2，pi]表示对量子位2上的量子比特作用一个Rx旋转门，旋转角度为pi。

每一个双比特量子门(如控制非门CNOT，控制Z门CZ)表示为一个包含三个元素的指令[name，which_qubit，parameters]。其中，name为量子门的名称，which_qubit为控制位和受控位构成的列表，parameters为量子门的参数(如没有参数则默认为None)。例如，[CNOT，[1,3]，None]表示对量子位1和量子位3作用控制非门，其中量子位1为控制位，量子位3为受控位。

每一个计算基下的测量表示为一个包含三个元素的指令[measure，which_qubit，None]。例如，[measure，2，None]表示对量子位2进行计算基下的测量。

通常，量子电路的操作指令可以包括单比特量子门、CNOT门、CZ门，以及计算基下的测量，其余量子电路操作均可以转化为这些操作的组合。

按照如上给出的表示规则，图3中的量子电路可以表示为一个有序的指令列表：[[H,0,None],[H,1,None],[H,2,None],[CNOT,[0,1],None],[CZ,[1,2],None],[Rx,0,α],[Ry,1,β],[Rz,2,γ],[measure,0,None],[measure,1,None],[measure,2,None]]。

量子电路可以包括两种，分别称之为广义量子电路和标准量子电路。其中，量子电路的操作中可能会出现对一部分量子比特进行量子测量，并根据量子测量的结果来调控其余量子比特的演化，此类量子电路称为广义量子电路。

图4是一示例的广义量子电路的结构示意图，如图4所示，广义量子电路中可以包括经典控制量子门401，经典控制量子门可以指的是基于经典信息所控制的量子门，经典控制量子门的操作指令可以表示为[name,which_qubit,parameters,condition]。其中，name为量子门的名称，which_qubit为量子门作用的量子位，parameters为量子门的参数(如没有参数则默认为None)，condition表示该量子门受哪一个量子位的测量结果的控制。

如图4所示，经典控制量子门401可以为经典受控量子门X，可以表示为[X,1,None,0]，即作用在量子位1上的泡利Pauli X门，受控条件为量子位0上的量子比特的测量结果，测量结果为0则不作用量子门，测量结果为1则作用量子门。

如果一个量子电路中所有的量子测量操作都出现在每个量子位的末尾(如图3)，即所有的量子测量操作在量子门之后，则该量子电路称为标准量子电路。

该步骤中，可以基于量子网络协议的操作信息，通过对量子网络协议中的操作进行编译，以将量子网络协议转换成与该量子网络协议等效的第一量子电路，得到第一信息。

在一可选实施方式中，可以将量子网络协议的各量子寄存器上的操作指令等效编译成量子电路的操作指令，以将量子网络协议转换成与该量子网络协议等效的第一量子电路。

第一量子电路可以为广义量子电路，也可以为标准量子电路，在一可选实施方式中，在量子网络协议使用经典控制量子门的情况下，对量子网络协议转换得到的第一量子电路可以为广义量子电路。

在等效编译过程中，由于每个节点只关心本地的局部操作，即其对应的本地的量子位信息，而量子网络协议等效的第一量子电路对应的是全局量子位信息，因此，为了实现量子网络协议与第一量子电路的等效转换，需要将不同节点对应的量子寄存器上的操作进行关联。

在一可选实施方式中，可以通过量子寄存器内存储的内容(如量子位标号、量子比特的特征信息等)来将不同节点对应的量子寄存器上的操作进行关联。在另一可选实施方式中，可以通过不同节点对应的量子寄存器中的单元地址来将不同节点对应的量子寄存器上的操作进行关联。

其中，特征信息可以包括量子比特的来源(如节点A发送，或发送给节点B)，其可以存储在identifier参数的位置，而量子位标号可以存储在qubit参数的位置。

另外，量子网络协议涉及到不同节点之间的交互通信，即一个节点将经典信息或者量子比特传输给另一个节点，对于此种操作的操作指令的等效编译，可以将量子比特的空间传输替代为量子比特的操作权限转换。如图5所示，左边俯视图展示了一个量子比特从节点A通过量子信道发送给另一个节点B。从量子比特的接收方节点B的角度来看(即右边的侧视图)，可以看到该量子比特在发送前后位置不变，而发送前该量子比特由节点A持有，过一段时间后，该量子比特变为由节点B持有。归纳来说，一个量子比特从节点A发送到节点B，可以等效于该量子比特的操作权由节点A移交给了节点B。

因此，在不同节点存在量子信息传输的情况下，针对量子信息，可以将一个节点对应的量子寄存器中某一存储单元设置的用于表征量子比特的内容(如量子位标号、量子比特的特征信息等)转移存储至另一节点对应的量子寄存器中的存储单元中，这样可以实现不同节点对同一量子比特的操作权限转移。

而在不同节点存在经典信息传输的情况下，针对经典信息可以直接传输存储。

量子网络协议到量子电路的具体转换过程可以为：针对量子网络协议的操作指令的有序列表，可以按照该有序列表中操作指令的排列顺序，分别等效编译成第一量子电路的第一操作指令，将第一操作指令顺序排列得到另一有序列表，得到第一信息。

步骤S103；基于第二信息运行所述第二信息对应的第二量子电路，得到仿真结果，所述仿真结果用于表征基于所述量子网络协议进行信息处理后得到的结果，所述第二信息基于所述第一信息确定，所述第二信息包括第二操作指令，所述第二操作指令指示与所述第一量子电路等效的所述第二量子电路的量子操作，所述量子操作包括量子测量操作和量子门操作，所述第二量子电路中的量子测量操作位于量子门操作之后。

该步骤中，第二信息可以基于第一信息确定，在第一量子电路为标准量子电路的情况下，第二信息即为第一信息。在第一量子电路为广义量子电路的情况下，由于广义量子电路对量子网络协议的逻辑描述更为准确，但是通常难以在量子计算机上执行，因此，可以对第一量子电路进行标准化处理，得到第二信息，第二信息可以包括与第一量子电路等效的第二量子电路的第二操作指令，第二量子电路可以为标准量子电路。

可以采用推迟测量原理，将所有出现在第一量子电路中间的量子测量推迟到量子门操作之后，并将经典控制量子门变成量子控制量子门，以获得与第一量子电路等价的标准量子电路。

如图6所示，该图所示的标准量子电路是由图4所示的广义量子电路进行标准化处理得到，量子门601可以为量子控制量子门，是由图4所示的经典控制量子门401转换得到。这样可以使得较为容易在量子计算机运行，从而可以利用量子计算机来运行量子网络协议，实现量子网络协议的真机部署。

获得标准量子电路后，就可以将电路交付给量子计算机运行，量子计算机可以按照第二信息中第二操作指令的排列顺序运行第二量子电路，得到仿真结果。

另外，量子计算机在得到仿真结果后，可以将该仿真结果存储至相应量子寄存器中，如此可以结合第二量子电路的运行情况和量子寄存器，确定量子网络协议的稳定性、运行效率等相关指标，以针对这些相关指标对量子网络协议进行优化调整，或者进一步推进量子网络协议的真实实验测试。

需要说明的是，若量子网络协议中涉及多个不同的量子电路或者对同一个量子电路进行多次采样，可以在统一收集后一并交付量子计算机运行，以节省反复提交量子电路的时间，提高运行效率。

本实施例中，通过获取量子网络协议的操作信息，所述量子网络协议用于在N个节点之间进行信息处理；基于所述操作信息，对所述量子网络协议进行转换，得到第一信息，所述第一信息包括第一操作指令，所述第一操作指令指示与所述量子网络协议等效的第一量子电路的量子操作；基于第二信息运行所述第二信息对应的第二量子电路，得到仿真结果，所述仿真结果用于表征基于所述量子网络协议进行信息处理后得到的结果，所述第二信息基于所述第一信息确定，所述第二信息包括第二操作指令，所述第二操作指令指示与所述第一量子电路等效的所述第二量子电路的量子操作，所述量子操作包括量子测量操作和量子门操作，所述第二量子电路中的量子测量操作位于量子门操作之后。如此，可以将量子网络协议部署到量子计算机上运行，从而实现量子网络协议的真机部署，实现量子网络协议的逻辑仿真。

并且，能够加速量子网络协议从设计到标准化部署的流程，促进量子网络协议的实用化落地，降低实际实验测试的成本。另外，量子网络协议中通常涉及多方纠缠量子态的操作，完全靠软件层面上的功能模拟，会很快碰到计算瓶颈，本实施例可以利用量子计算机来运行量子网络协议，从而有效克服其计算瓶颈。

可选的，所述操作信息包括第一操作信息，所述第一操作信息用于指示目标节点进行信息处理，所述目标节点为所述N个节点中的一节点，所述第一操作信息包括所述目标节点对应的第一单元地址，所述第一单元地址用于存储第一参数，所述第一参数用于指示量子比特的量子位；所述步骤S102具体包括：

获取所述第一单元地址存储的第一目标值，所述第一目标值为所述第一参数的值；

将所述第一目标值确定为量子操作的量子位，得到所述第一操作指令；

将所述第一操作指令添加至操作指令列表中，得到所述第一信息，所述操作指令列表包括：转换时间在所述第一操作指令之前，且指示所述第一量子电路的量子操作的操作指令。

本实施方式中，可以通过量子比特的量子位标号对同一量子寄存器的不同操作进行关联，以及对不同节点中量子寄存器的操作进行关联，具体可以在各量子寄存器中的单元地址存储第一参数(qubit)的位置存储对应第一量子电路(量子网络协议的全局量子电路)的量子位标号。

量子网络协议的操作信息可以包括第一操作信息，第一操作信息可以指的是节点的本地操作，即第一操作信息为用于实现本地的经典操作和/或量子操作的操作指令。

第一操作信息用于指示N个节点中的一节点进行信息处理，在一可选实施方式中，第一操作信息可以为目标节点对应的量子寄存器上的操作指令，用[name,address,parameters,condition]表示。

其中，量子寄存器上的操作指令可以包括4个参数，name可以为量子操作的类型，根据操作指令的不同，其可以分为单比特量子门、双比特量子门或量子测量等。address(即第一单元地址)可以为量子操作所作用的量子寄存器上的单元地址，在name的值指示单比特量子门的情况下，address的值为一个，在name的值指示双比特量子门的情况下，address为一个列表，其值包括两个。condition为受控条件，在量子寄存器上的操作指令指示经典控制量子门的情况下，其值表示量子门所受控的量子位，在量子寄存器上的操作指令没有受控条件的情况下，condition可以为空。

第一单元地址可以指示目标节点对应的量子寄存器中的存储单元，如图2所示，该存储单元可以存储4个参数，第一参数可以为qubit，其用于指示量子比特的量子位。

为了关联同一量子寄存器的不同操作，以及关联不同节点中量子寄存器的操作，第一单元地址对应的存储单元所存储的第一参数(qubit)的值可以为量子网络协议所表征的全局量子电路的量子位标号。

相应的，可以针对第一操作信息中的第一单元地址，获取第一单元地址对应的存储单元中所存储的第一参数的值即第一目标值；将第一目标值确定为量子操作的量子位，得到第一操作指令。

具体可以将量子寄存器上的操作指令中第一单元地址所存储的qubit的值作为量子网络协议的全局量子电路的操作指令中which_qubit的值，量子寄存器上的操作指令中其他参数的值不变，所得到的第一操作指令可以为[name,which_qubit,parameters,condition]。

在第一操作信息所指示的量子操作为单比特量子门的情况下，address的值为1个，其对应一个qubit的值，在第一操作信息所指示的量子操作为双比特量子门的情况下，address的值为两个，其对应两个qubit的值，其中，按照address在列表的排列顺序，这两个qubit的值分别对应控制位和受控位。

相应的，可以将第一操作指令添加至操作指令列表中，得到第一信息，操作指令列表包括：转换时间在第一操作指令之前，且指示第一量子电路的量子操作的操作指令。

在量子网络协议的转换之前，可以设置一个空的操作指令列表，该操作指令列表可以按照操作指令的转换顺序有序存储第一量子电路的操作指令，在得到第一操作指令的情况下，可以将第一操作指令添加至该操作指令列表中，且在操作指令列表中已经存在第一量子电路的操作指令的情况下，可以将第一操作指令添加至操作指令列表的最后。

本实施方式中，通过在各量子寄存器中的单元地址存储第一参数(qubit)的位置存储对应第一量子电路(量子网络协议的全局量子电路)的量子位标号，这样可以通过量子比特的量子位标号对同一量子寄存器的不同操作进行关联，以及对不同节点中量子寄存器的操作进行关联，从而可以实现量子网络协议至量子电路的转换。

可选的，所述操作信息包括第二操作信息，所述N个节点包括第一节点和第二节点，所述第二操作信息用于指示所述第一节点至所述第二节点的信息交互，所述第二操作信息包括所述第一节点对应的第二单元地址；所述方法还包括：

获取所述第二单元地址存储的第一参数的第二目标值；

删除第二位置所存储的内容，并将所述第二目标值存储至第三位置；所述第二位置为所述第二单元地址中存储所述第一参数的位置，所述第三位置为第三单元地址中存储所述第一参数的位置，所述第三单元地址为所述第二节点对应的单元地址，所述第三位置所存储的内容为空。

本实施方式中，量子网络协议的操作信息可以包括第二操作信息，第二操作信息可以指的是不同节点之间的量子比特传输操作，即第二操作信息为用于实现不同节点之间的量子比特传输操作的操作指令。

第二操作信息用于指示所述第一节点至所述第二节点的信息交互，其中，信息交互可以包括量子信息交互，即第一节点将量子信息发送给第二节点。

针对量子信息，可以将一个节点对应的量子寄存器中某一存储单元所存储的量子位标号转移存储至另一节点对应的量子寄存器中的存储单元中，这样可以实现不同节点对同一量子比特的操作权限转移。

具体的，第二操作信息中可以包括第一节点对应的量子寄存器中的第二单元地址，第二单元地址指示待传输的量子比特的单元地址。可以基于第二单元地址，获取第二单元地址所存储的第一参数的第二目标值，第二目标值指示待传输的量子比特的量子位，可以将第二目标值转移存储至第二节点对应的量子寄存器中的第三单元地址中，第三单元地址为空的单元地址，即未存储量子比特的存储单元的地址。

其中，量子比特的传输并不会改变量子网络协议对应的量子电路，而是修改源节点(第一节点)和目的节点(第二节点)对应的量子寄存器所存储的量子比特的信息。量子寄存器中的量子比特qubit的值并不是一个量子比特，而是该量子比特所指向的量子电路中的量子位(即对该量子位的操作权限)。同时，没有真正传输一个量子比特，而是把源节点量子寄存器中所存储的量子位发送给目的节点并进行存储，这样即可以完成量子电路中量子位的操作权限转交。

需要说明的是，取出第一节点对应的量子寄存器的量子比特的信息后，需要将第二单元地址指示的存储单元所存储的内容进行重置，在一可选实施方式中，可以将第二单元地址指示的存储单元中qubit的值设置为空，标识符identifier改写为节点本身，以保证不违反量子力学中的量子不可克隆定律。

之后，在第二节点的本地操作中，可以根据量子比特的特征信息和/或量子寄存器的单元地址获取量子比特，在一可选实施方式中，可以根据存入时的标识符(表征量子比特的特征信息，如由第一节点发送)获取量子比特，如此，可以实现量子网络协议中不同节点之间的量子比特传输操作的操作指令的等效编译，且也可以关联不同节点中量子寄存器的操作。相应的，第二节点即可以对第一节点发送过来的量子比特执行本地操作。

可选的，所述方法还包括：

将第四位置所存储的内容设置为目标信息，所述第四位置为第三单元地址中存储第二参数的位置，所述第二参数用于指示所述第三单元地址对应的量子比特的来源，所述目标信息用于指示所述第二目标值对应的量子比特由所述第一节点发送得到。

本实施方式中，第二参数可以为标识符，可以通过将第三单元地址指示的存储单元中所存储的标识符设置为目标信息，来标识第二目标值对应的量子比特的来源，这样可以根据存入时的标识符获取所传输的量子比特，实现量子网络协议中不同节点之间的量子比特传输操作的操作指令的等效编译。

可选的，所述第三单元地址为所述第二节点对应的单元地址中最小的单元地址。

本实施方式中，通过在第二节点接收量子比特时，将量子比特存入第二节点对应的量子寄存器中地址最小的空闲存储单元，这样可以保证所有量子比特的存储逻辑一致，保证等效编译的准确性和效率。

可选的，在第一位置所存储的内容为空的情况下，所述获取所述第一单元地址存储的第一目标值之前，还包括：

获取目标量子位的标号，所述目标量子位为所述操作指令列表中标号最大的量子位，所述第一位置为所述第一单元地址中存储所述第一参数的位置；

基于所述目标量子位的标号，确定所述第一位置存储的所述第一目标值。

本实施方式中，在第一位置所存储的内容为空的情况下，可以说明当前存储单元尚未对应量子电路的任何量子位，需要生成一个新的量子位，并将其存储至当前存储单元中。其中，所生成的量子位需要对应量子网络协议的全局量子电路中的量子位。

具体的，可以根据操作指令列表中已生成的量子位，来生成一个新的量子位。可以获取操作指令列表中标号最大的量子位，基于该量子位的标号，确定所需要生成的新的量子位的标号，并将其作为第一目标值存储至第一位置中。如此，可以保证量子网络协议至量子电路的转换。

可选的，所述基于所述目标量子位的标号，确定所述第一位置存储的所述第一目标值，包括以下至少一项：

在所述第一操作信息包括一个所述第一单元地址的情况下，将第一标号存储至所述第一位置，得到所述第一目标值，所述第一标号等于所述目标量子位的标号加1；

在所述第一操作信息包括地址列表，且第一目标单元地址对应的第一位置所存储的内容为空的情况下，将所述第一标号存储至所述第一目标单元地址对应的第一位置，得到所述第一目标值；

在所述第一操作信息包括所述地址列表，且所述第一目标单元地址对应的第一位置所存储的内容为空，第二目标单元地址对应的第一位置所存储的内容为空的情况下，将第二标号存储至所述第二目标单元地址对应的第一位置，得到所述第一目标值，所述第二标号等于所述目标量子位的标号加2；

在所述第一操作信息包括所述地址列表，且所述第一目标单元地址对应的第一位置所存储的内容不为空，所述第二目标单元地址对应的第一位置所存储的内容为空的情况下，将所述第一标号存储至所述第二目标单元地址对应的第一位置，得到所述第一目标值。

本实施方式中，若节点的本地操作为单比特量子门，其address的值为1个，在第一位置所存储的内容为空的情况下，将x+1存储至第一位置，得到第一目标值，x为操作指令列表中最大的量子位标号。

若节点的本地操作为双比特量子门，其address的值为两个，分别为address0和address1，address0为控制位，address1为受控位，address0所指示的第一位置存储的内容为空，但address1所指示的第一位置存储的内容不为空的情况下，将x+1存储至address0所指示的第一位置。

在address0所指示的第一位置存储的内容不为空，但address1所指示的第一位置存储的内容为空的情况下，将x+1存储至address1所指示的第一位置。

在address0所指示的第一位置存储的内容为空，且address1所指示的第一位置存储的内容为空的情况下，将x+1存储至address0所指示的第一位置，并将x+2存储至address1所指示的第一位置。

如此，在第一位置所存储的内容为空的情况下，可以基于目标量子位的标号，实现对第一位置存储的第一目标值的确定。

以下对量子寄存器上的操作指令至量子电路的操作指令的等效编译进行详细说明。

针对第一操作信息，涉及两种情况。

情况1：单比特量子门操作，其等效编译过程如下：

输入：本地量子操作[name,address,parameters,condition]，当前的操作指令列表circuit。

输出：加入本地量子操作后的操作指令列表。

步骤1：判断address对应的存储单元中qubit是否为空：

步骤1.1：如果为空，则表示当前存储单元尚未对应量子电路中的任何量子位；可以先从circuit中获取最大的量子位标号x，之后将x+1写入address对应存储单元的qubit中；

步骤1.2：如果不为空，则不做操作；

步骤2：获取address对应的存储单元中qubit的值，并记录为which_qubit；

步骤3：将第一操作指令[name,which_qubit,parameters,condition]添加到circuit的最后并返回更新后的circuit；

步骤4：如果输入的本地量子操作为量子测量，则将which_qubit写入address所指定存储单元的outcome位置。由于此时并未真正运行量子电路和量子测量，因此这里outcome位置存储的不是真正的测量结果，而是量子电路中待测量的量子位。

情况2：双比特量子门操作，其等效编译过程如下：

输入：本地双比特量子门操作[name,address,parameters,condition]，当前操作指令列表circuit。

输出：加入本地量子操作后的操作指令列表。

步骤0：记address列表的第一个元素为address0，第二个元素为address1；

步骤1：判断address0指示的存储单元中qubit是否为空：

步骤1.1：如果为空，则表示当前存储单元尚未对应量子电路的任何量子位；可以先从circuit中获取最大的量子位标号x，然后将x+1写入address0对应量子寄存器单元的qubit中；

步骤1.2：如果不为空，则不做操作；

步骤2：判断address1指示的存储单元中qubit是否为空：

步骤2.1：如果为空，并且上一步中address0对应的存储单元中qubit为空，则先从circuit中获取最大的量子位标号x，并将x+2写入address1对应存储单元的qubit中；

步骤2.2：如果为空，并且上一步中address0对应的存储单元中qubit不为空，则先从circuit中获取最大的量子位标号x，并将x+1写入address1对应存储单元的qubit中；

步骤2.3：如果不为空，则不做操作；

步骤3：分别获取address0和address1对应存储单元的qubit的值，并记录为ctrl和targ，分别表示控制位和受控位。

步骤4：将第一操作指令[name,[ctrl,targ],parameters,condition]添加到circuit的最后并返回更新后的操作指令列表。

针对第二操作信息，即量子比特传输操作，其等效编译过程如下：

输入：源节点src，目的节点dst，待传输的量子比特所在的量子寄存器中单元地址address。

输出：更新后的源节点对应的量子寄存器和目标节点对应的量子寄存器

步骤1：通过address，在当前节点的量子寄存器中找到待被传输的量子比特qubit的值，记录为msg；

步骤2：将address对应的单元地址重置，即量子比特qubit的值改写为空，标识符identifier改写为节点本身；

步骤3：将msg发送给dst所指定的目的节点，即查找目的节点dst对应量子寄存器中address最小的空闲单元(qubit为空的单元)，将接收到的msg写入对应存储单元的量子比特qubit中，并写入对应标识符(例如，量子比特来源)。

量子网络协议至广义量子电路的具体转换过程如下：

输入：量子网络协议。

输出：广义量子电路。

步骤1：创建一个空的操作指令列表circuit；

步骤2：调用量子寄存器上的操作指令至量子电路的操作指令的等效编译，将量子网络协议的操作指令依次逐步映射成量子电路的操作指令并更新操作指令列表circuit；

步骤3：返回完整的操作指令列表。

在第一量子电路为广义量子电路的情况下，还需要基于第一信息，对第一量子电路进行标准化处理，得到第二信息。

可选的，用于指示量子电路的量子操作的操作指令包括第三参数、第四参数和第五参数，第三参数用于指示量子操作的类型，第四参数用于指示量子操作所作用的量子位，所述第五参数用于指示量子操作受控的量子位，所述方法还包括：

将所述第一信息中第一目标操作指令替换为第二操作指令，所述目标操作指令为所述第一信息中所述第五参数的值不为空的第一操作指令，所述目标操作指令中，所述第三参数的值指示量子操作的类型为第一类型，所述第四参数的值指示量子操作所作用的量子位为第一量子位，所述第五参数的值指示量子操作受控的量子位为第二量子位；所述第二操作指令中，所述第三参数的值指示量子操作的类型为与所述第一类型等效的第二类型，所述第四参数的值指示量子操作所作用的量子位包括所述第一量子位和所述第二量子位，所述第五参数的值为空，所述第二量子位为控制位，所述第一量子位为受控位；

删除所述第一信息中的第二目标操作指令，并将所述第二目标操作指令添加至所述第二操作指令之后，得到第二信息，所述第二目标操作指令为所述第一信息中所述第三参数的值指示量子操作的类型为第三类型，所述第三类型指示量子操作为量子测量操作。

本实施方式中，由于量子网络协议常常会使用经典控制量子操作，此时获得的量子电路为广义量子电路，很难在当前量子计算机上执行。可以利用推迟测量原理，将中间测量推迟到所有量子门操作之后，并且将经典控制量子操作替换成量子控制操作，得到标准量子电路。

推迟测量的具体过程如下：

输入：广义量子电路的操作指令列表circuit。

输出：推迟测量后的标准量子电路的操作指令列表。

步骤0：初始化一个空列表measure_gates；

步骤1：通过循环遍历搜索操作指令列表circuit；

步骤1.1：如果当前元素gate＝[name,which_qubit,parameters,condition]对应的condition(即第五参数)不为空，则将gate替换为[ctrl_name,[condition,which_qubit],parameters]，其中，ctrl_name(即第三参数)为对应的控制量子门的名称，例如，X门变成控制X门也即CNOT门，Z门变成控制Z门；

步骤1.2：如果当前元素为量子测量操作，则将其加入measure_gates列表中；

步骤2：将circuit列表中所有measure_gates里包含的元素删除并且保持其余元素相对位置不变。

步骤3：将measure_gates中所有元素按原顺序添加至circuit之后并返回操作指令列表。

其中，第四参数which_qubit对应位置的参数。

本实施方式中，可以实现广义量子电路至标准量子电路的等效转换。

第二实施例

如图7所示，本公开提供一种量子网络协议仿真装置700，包括：

第一获取模块701，用于获取量子网络协议的操作信息，所述量子网络协议用于在N个节点之间进行信息处理，N为大于1的整数；

转换模块，用于基于所述操作信息，对所述量子网络协议进行转换，得到第一信息702，所述第一信息包括第一操作指令，所述第一操作指令指示与所述量子网络协议等效的第一量子电路的量子操作；

运行模块703，用于基于第二信息运行所述第二信息对应的第二量子电路，得到仿真结果，所述仿真结果用于表征基于所述量子网络协议进行信息处理后得到的结果，所述第二信息基于所述第一信息确定，所述第二信息包括第二操作指令，所述第二操作指令指示与所述第一量子电路等效的所述第二量子电路的量子操作，所述量子操作包括量子测量操作和量子门操作，所述第二量子电路中的量子测量操作位于量子门操作之后。

可选的，所述操作信息包括第一操作信息，所述第一操作信息用于指示目标节点进行信息处理，所述目标节点为所述N个节点中的一节点，所述第一操作信息包括所述目标节点对应的第一单元地址，所述第一单元地址用于存储第一参数，所述第一参数用于指示量子比特的量子位；所述转换模块702包括：

获取单元，用于获取所述第一单元地址存储的第一目标值，所述第一目标值为所述第一参数的值；

确定单元，用于将所述第一目标值确定为量子操作的量子位，得到所述第一操作指令；

添加单元，用于将所述第一操作指令添加至操作指令列表中，得到所述第一信息，所述操作指令列表包括：转换时间在所述第一操作指令之前，且指示所述第一量子电路的量子操作的操作指令。

可选的，还包括：

第二获取模块，用于在第一位置所存储的内容为空的情况下，获取目标量子位的标号，所述目标量子位为所述操作指令列表中标号最大的量子位，所述第一位置为所述第一单元地址中存储所述第一参数的位置；

确定模块，用于基于所述目标量子位的标号，确定所述第一位置存储的所述第一目标值。

可选的，所述确定模块包括：

第一存储单元，用于在所述第一操作信息包括一个所述第一单元地址的情况下，将第一标号存储至所述第一位置，得到所述第一目标值，所述第一标号等于所述目标量子位的标号加1；

第二存储单元，用于在所述第一操作信息包括地址列表，且第一目标单元地址对应的第一位置所存储的内容为空的情况下，将所述第一标号存储至所述第一目标单元地址对应的第一位置，得到所述第一目标值；

第三存储单元，用于在所述第一操作信息包括所述地址列表，且所述第一目标单元地址对应的第一位置所存储的内容为空，第二目标单元地址对应的第一位置所存储的内容为空的情况下，将第二标号存储至所述第二目标单元地址对应的第一位置，得到所述第一目标值，所述第二标号等于所述目标量子位的标号加2；

第四存储单元，用于在所述第一操作信息包括所述地址列表，且所述第一目标单元地址对应的第一位置所存储的内容不为空，所述第二目标单元地址对应的第一位置所存储的内容为空的情况下，将所述第一标号存储至所述第二目标单元地址对应的第一位置，得到所述第一目标值。

可选的，所述操作信息包括第二操作信息，所述N个节点包括第一节点和第二节点，所述第二操作信息用于指示所述第一节点至所述第二节点的信息交互，所述第二操作信息包括所述第一节点对应的第二单元地址；所述装置还包括：

第三获取模块，用于获取所述第二单元地址存储的第一参数的第二目标值；

第一删除模块，用于删除第二位置所存储的内容，所述第二位置为所述第二单元地址中存储所述第一参数的位置；

存储模块，用于将所述第二目标值存储至第三位置，所述第三位置为第三单元地址中存储所述第一参数的位置，所述第三单元地址为所述第二节点对应的单元地址，所述第三位置所存储的内容为空。

可选的，还包括：

设置模块，用于将第四位置所存储的内容设置为目标信息，所述第四位置为第三单元地址中存储第二参数的位置，所述第二参数用于指示所述第三单元地址对应的量子比特的来源，所述目标信息用于指示所述第二目标值对应的量子比特由所述第一节点发送得到。

可选的，所述第三单元地址为所述第二节点对应的单元地址中最小的单元地址。

可选的，用于指示量子电路的量子操作的操作指令包括第三参数、第四参数和第五参数，第三参数用于指示量子操作的类型，第四参数用于指示量子操作所作用的量子位，所述第五参数用于指示量子操作受控的量子位，所述装置还包括：

替换模块，用于将所述第一信息中第一目标操作指令替换为第二操作指令，所述目标操作指令为所述第一信息中所述第五参数的值不为空的第一操作指令，所述目标操作指令中，所述第三参数的值指示量子操作的类型为第一类型，所述第四参数的值指示量子操作所作用的量子位为第一量子位，所述第五参数的值指示量子操作受控的量子位为第二量子位；所述第二操作指令中，所述第三参数的值指示量子操作的类型为与所述第一类型等效的第二类型，所述第四参数的值指示量子操作所作用的量子位包括所述第一量子位和所述第二量子位，所述第五参数的值为空，所述第二量子位为控制位，所述第一量子位为受控位；

第二删除模块，用于删除所述第一信息中的第二目标操作指令；

添加模块，用于将所述第二目标操作指令添加至所述第二操作指令之后，得到第二信息，所述第二目标操作指令为所述第一信息中所述第三参数的值指示量子操作的类型为第三类型，所述第三类型指示量子操作为量子测量操作。

本公开提供的量子网络协议仿真装置700能够实现量子网络协议仿真方法实施例实现的各个过程，且能够达到相同的有益效果，为避免重复，这里不再赘述。

本公开的技术方案中，所涉及的用户个人信息的收集、存储、使用、加工、传输、提供和公开等处理，均符合相关法律法规的规定，且不违背公序良俗。

根据本公开的实施例，本公开还提供了一种电子设备、一种可读存储介质和一种计算机程序产品。

图8示出了可以用来实施本公开的实施例的示例电子设备的示意性框图。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/或者要求的本公开的实现。

如图8所示，设备800包括计算单元801，其可以根据存储在只读存储器(ROM)802中的计算机程序或者从存储单元808加载到随机访问存储器(RAM)803中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在RAM 803中，还可存储设备800操作所需的各种程序和数据。计算单元801、ROM 802以及RAM 803通过总线804彼此相连。输入/输出(I/O)接口805也连接至总线804。

设备800中的多个部件连接至I/O接口805，包括：输入单元806，例如键盘、鼠标等；输出单元807，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元808，例如磁盘、光盘等；以及通信单元809，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元809允许设备800通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。

计算单元801可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。计算单元801的一些示例包括但不限于中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、各种专用的人工智能(AI)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的计算单元、数字信号处理器(DSP)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。计算单元801执行上文所描述的各个方法和处理，例如量子网络协议仿真方法。例如，在一些实施例中，量子网络协议仿真方法可被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元808。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 802和/或通信单元809而被载入和/或安装到设备800上。当计算机程序加载到RAM 803并由计算单元801执行时，可以执行上文描述的量子网络协议仿真方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，计算单元801可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行量子网络协议仿真方法。

本文中以上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、场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、芯片上系统的系统(SOC)、负载可编程逻辑设备(CPLD)、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。

用于实施本公开的方法的程序代码可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器或控制器，使得程序代码当由处理器或控制器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。

在本公开的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。

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。

计算机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，也可以为分布式系统的服务器，或者是结合了区块链的服务器。

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，本公开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，只要能够实现本公开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，并不构成对本公开保护范围的限制。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。任何在本公开的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本公开保护范围之内。

Claims (18)

1.一种量子网络协议仿真方法，包括：

获取量子网络协议的操作信息，所述量子网络协议用于在N个节点之间进行信息处理，N为大于1的整数；

基于所述操作信息，对所述量子网络协议进行转换，得到第一信息，所述第一信息包括第一操作指令，所述第一操作指令指示与所述量子网络协议等效的第一量子电路的量子操作；

基于第二信息运行所述第二信息对应的第二量子电路，得到仿真结果，所述仿真结果用于表征基于所述量子网络协议进行信息处理后得到的结果，所述第二信息基于所述第一信息确定，所述第二信息包括第二操作指令，所述第二操作指令指示与所述第一量子电路等效的所述第二量子电路的量子操作，所述量子操作包括量子测量操作和量子门操作，所述第二量子电路中的量子测量操作位于量子门操作之后；

所述基于所述操作信息，对所述量子网络协议进行转换，得到第一信息，包括：

基于所述操作信息中操作对应节点的量子寄存器内单元地址存储的量子位标号，将量子网络协议的操作信息中操作等效编译成第一量子电路的第一操作指令，并将等效编译得到的第一操作指令顺序排列得到第一信息；

所述第二信息基于所述第一信息确定，包括：

在第一量子电路为标准量子电路的情况下，将所述第二信息确定为所述第一信息；

在第一量子电路为广义量子电路的情况下，基于所述第一信息对第一量子电路进行标准化处理，得到第二信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述操作信息包括第一操作信息，所述第一操作信息用于指示目标节点进行信息处理，所述目标节点为所述N个节点中的一节点，所述第一操作信息包括所述目标节点对应的第一单元地址，所述第一单元地址用于存储第一参数，所述第一参数用于指示量子比特的量子位；

所述基于所述操作信息，对所述量子网络协议进行转换，得到第一信息，包括：

获取所述第一单元地址存储的第一目标值，所述第一目标值为所述第一参数的值；

将所述第一目标值确定为量子操作的量子位，得到所述第一操作指令；

将所述第一操作指令添加至操作指令列表中，得到所述第一信息，所述操作指令列表包括：转换时间在所述第一操作指令之前，且指示所述第一量子电路的量子操作的操作指令。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，在第一位置所存储的内容为空的情况下，所述获取所述第一单元地址存储的第一目标值之前，还包括：

获取目标量子位的标号，所述目标量子位为所述操作指令列表中标号最大的量子位，所述第一位置为所述第一单元地址中存储所述第一参数的位置；

基于所述目标量子位的标号，确定所述第一位置存储的所述第一目标值。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述基于所述目标量子位的标号，确定所述第一位置存储的所述第一目标值，包括以下至少一项：

在所述第一操作信息包括一个所述第一单元地址的情况下，将第一标号存储至所述第一位置，得到所述第一目标值，所述第一标号等于所述目标量子位的标号加1；

在所述第一操作信息包括地址列表，且第一目标单元地址对应的第一位置所存储的内容为空的情况下，将所述第一标号存储至所述第一目标单元地址对应的第一位置，得到所述第一目标值；

在所述第一操作信息包括所述地址列表，且所述第一目标单元地址对应的第一位置所存储的内容为空，第二目标单元地址对应的第一位置所存储的内容为空的情况下，将第二标号存储至所述第二目标单元地址对应的第一位置，得到所述第一目标值，所述第二标号等于所述目标量子位的标号加2；

在所述第一操作信息包括所述地址列表，且所述第一目标单元地址对应的第一位置所存储的内容不为空，所述第二目标单元地址对应的第一位置所存储的内容为空的情况下，将所述第一标号存储至所述第二目标单元地址对应的第一位置，得到所述第一目标值。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述操作信息包括第二操作信息，所述N个节点包括第一节点和第二节点，所述第二操作信息用于指示所述第一节点至所述第二节点的信息交互，所述第二操作信息包括所述第一节点对应的第二单元地址，所述第二单元地址存储有第一参数，所述第一参数用于指示量子比特的量子位；所述方法还包括：

获取所述第二单元地址存储的第一参数的第二目标值；

删除第二位置所存储的内容，并将所述第二目标值存储至第三位置；所述第二位置为所述第二单元地址中存储所述第一参数的位置，所述第三位置为第三单元地址中存储所述第一参数的位置，所述第三单元地址为所述第二节点对应的单元地址，所述第三位置所存储的内容为空。

6.根据权利要求5所述的方法，还包括：

将第四位置所存储的内容设置为目标信息，所述第四位置为第三单元地址中存储第二参数的位置，所述第二参数用于指示所述第三单元地址对应的量子比特的来源，所述目标信息用于指示所述第二目标值对应的量子比特由所述第一节点发送得到。

7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第三单元地址为所述第二节点对应的单元地址中最小的单元地址。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，用于指示量子电路的量子操作的操作指令包括第三参数、第四参数和第五参数，第三参数用于指示量子操作的类型，第四参数用于指示量子操作所作用的量子位，所述第五参数用于指示量子操作受控的量子位，所述方法还包括：

将所述第一信息中第一目标操作指令替换为第二操作指令，所述目标操作指令为所述第一信息中所述第五参数的值不为空的第一操作指令，所述目标操作指令中，所述第三参数的值指示量子操作的类型为第一类型，所述第四参数的值指示量子操作所作用的量子位为第一量子位，所述第五参数的值指示量子操作受控的量子位为第二量子位；所述第二操作指令中，所述第三参数的值指示量子操作的类型为与所述第一类型等效的第二类型，所述第四参数的值指示量子操作所作用的量子位包括所述第一量子位和所述第二量子位，所述第五参数的值为空，所述第二量子位为控制位，所述第一量子位为受控位；

删除所述第一信息中的第二目标操作指令，并将所述第二目标操作指令添加至所述第二操作指令之后，得到第二信息，所述第二目标操作指令为所述第一信息中所述第三参数的值指示量子操作的类型为第三类型，所述第三类型指示量子操作为量子测量操作。

9.一种量子网络协议仿真装置，包括：

第一获取模块，用于获取量子网络协议的操作信息，所述量子网络协议用于在N个节点之间进行信息处理，N为大于1的整数；

转换模块，用于基于所述操作信息，对所述量子网络协议进行转换，得到第一信息，所述第一信息包括第一操作指令，所述第一操作指令指示与所述量子网络协议等效的第一量子电路的量子操作；

运行模块，用于基于第二信息运行所述第二信息对应的第二量子电路，得到仿真结果，所述仿真结果用于表征基于所述量子网络协议进行信息处理后得到的结果，所述第二信息基于所述第一信息确定，所述第二信息包括第二操作指令，所述第二操作指令指示与所述第一量子电路等效的所述第二量子电路的量子操作，所述量子操作包括量子测量操作和量子门操作，所述第二量子电路中的量子测量操作位于量子门操作之后；

转换模块，具体用于基于所述操作信息中操作对应节点的量子寄存器内单元地址存储的量子位标号，将量子网络协议的操作信息中操作等效编译成第一量子电路的第一操作指令，并将等效编译得到的第一操作指令顺序排列得到第一信息；

所述第二信息基于所述第一信息确定，包括：

在第一量子电路为标准量子电路的情况下，将所述第二信息确定为所述第一信息；

在第一量子电路为广义量子电路的情况下，基于所述第一信息对第一量子电路进行标准化处理，得到第二信息。

10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述操作信息包括第一操作信息，所述第一操作信息用于指示目标节点进行信息处理，所述目标节点为所述N个节点中的一节点，所述第一操作信息包括所述目标节点对应的第一单元地址，所述第一单元地址用于存储第一参数，所述第一参数用于指示量子比特的量子位；所述转换模块包括：

获取单元，用于获取所述第一单元地址存储的第一目标值，所述第一目标值为所述第一参数的值；

确定单元，用于将所述第一目标值确定为量子操作的量子位，得到所述第一操作指令；

添加单元，用于将所述第一操作指令添加至操作指令列表中，得到所述第一信息，所述操作指令列表包括：转换时间在所述第一操作指令之前，且指示所述第一量子电路的量子操作的操作指令。

11.根据权利要求10所述的装置，还包括：

第二获取模块，用于在第一位置所存储的内容为空的情况下，获取目标量子位的标号，所述目标量子位为所述操作指令列表中标号最大的量子位，所述第一位置为所述第一单元地址中存储所述第一参数的位置；

确定模块，用于基于所述目标量子位的标号，确定所述第一位置存储的所述第一目标值。

12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述确定模块包括：

第一存储单元，用于在所述第一操作信息包括一个所述第一单元地址的情况下，将第一标号存储至所述第一位置，得到所述第一目标值，所述第一标号等于所述目标量子位的标号加1；

第二存储单元，用于在所述第一操作信息包括地址列表，且第一目标单元地址对应的第一位置所存储的内容为空的情况下，将所述第一标号存储至所述第一目标单元地址对应的第一位置，得到所述第一目标值；

第三存储单元，用于在所述第一操作信息包括所述地址列表，且所述第一目标单元地址对应的第一位置所存储的内容为空，第二目标单元地址对应的第一位置所存储的内容为空的情况下，将第二标号存储至所述第二目标单元地址对应的第一位置，得到所述第一目标值，所述第二标号等于所述目标量子位的标号加2；

第四存储单元，用于在所述第一操作信息包括所述地址列表，且所述第一目标单元地址对应的第一位置所存储的内容不为空，所述第二目标单元地址对应的第一位置所存储的内容为空的情况下，将所述第一标号存储至所述第二目标单元地址对应的第一位置，得到所述第一目标值。

13.根据权利要求9所述的装置，其中，所述操作信息包括第二操作信息，所述N个节点包括第一节点和第二节点，所述第二操作信息用于指示所述第一节点至所述第二节点的信息交互，所述第二操作信息包括所述第一节点对应的第二单元地址，所述第二单元地址存储有第一参数，所述第一参数用于指示量子比特的量子位；所述装置还包括：

第三获取模块，用于获取所述第二单元地址存储的第一参数的第二目标值；

第一删除模块，用于删除第二位置所存储的内容，所述第二位置为所述第二单元地址中存储所述第一参数的位置；

存储模块，用于将所述第二目标值存储至第三位置，所述第三位置为第三单元地址中存储所述第一参数的位置，所述第三单元地址为所述第二节点对应的单元地址，所述第三位置所存储的内容为空。

14.根据权利要求13所述的装置，还包括：

设置模块，用于将第四位置所存储的内容设置为目标信息，所述第四位置为第三单元地址中存储第二参数的位置，所述第二参数用于指示所述第三单元地址对应的量子比特的来源，所述目标信息用于指示所述第二目标值对应的量子比特由所述第一节点发送得到。

15.根据权利要求13所述的装置，其中，所述第三单元地址为所述第二节点对应的单元地址中最小的单元地址。

16.根据权利要求9所述的装置，其中，用于指示量子电路的量子操作的操作指令包括第三参数、第四参数和第五参数，第三参数用于指示量子操作的类型，第四参数用于指示量子操作所作用的量子位，所述第五参数用于指示量子操作受控的量子位，所述装置还包括：

替换模块，用于将所述第一信息中第一目标操作指令替换为第二操作指令，所述目标操作指令为所述第一信息中所述第五参数的值不为空的第一操作指令，所述目标操作指令中，所述第三参数的值指示量子操作的类型为第一类型，所述第四参数的值指示量子操作所作用的量子位为第一量子位，所述第五参数的值指示量子操作受控的量子位为第二量子位；所述第二操作指令中，所述第三参数的值指示量子操作的类型为与所述第一类型等效的第二类型，所述第四参数的值指示量子操作所作用的量子位包括所述第一量子位和所述第二量子位，所述第五参数的值为空，所述第二量子位为控制位，所述第一量子位为受控位；

第二删除模块，用于删除所述第一信息中的第二目标操作指令；

添加模块，用于将所述第二目标操作指令添加至所述第二操作指令之后，得到第二信息，所述第二目标操作指令为所述第一信息中所述第三参数的值指示量子操作的类型为第三类型，所述第三类型指示量子操作为量子测量操作。

17.一种电子设备，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1-8中任一项所述的方法。

18.一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，其中，所述计算机指令用于使所述计算机执行根据权利要求1-8中任一项所述的方法。

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