CN116090568A - 量子数据与经典浮点型数据的大小关系确定方法及装置 - Google Patents

量子数据与经典浮点型数据的大小关系确定方法及装置 Download PDF

Info

Publication number
CN116090568A
CN116090568A CN202310104790.7A CN202310104790A CN116090568A CN 116090568 A CN116090568 A CN 116090568A CN 202310104790 A CN202310104790 A CN 202310104790A CN 116090568 A CN116090568 A CN 116090568A
Authority
CN
China
Prior art keywords
quantum
bit
data
determining
floating point
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202310104790.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN116090568B (zh
Inventor
请求不公布姓名
窦猛汉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Origin Quantum Computing Technology Co Ltd
Original Assignee
Origin Quantum Computing Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Origin Quantum Computing Technology Co Ltd filed Critical Origin Quantum Computing Technology Co Ltd
Priority to CN202310104790.7A priority Critical patent/CN116090568B/zh
Publication of CN116090568A publication Critical patent/CN116090568A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN116090568B publication Critical patent/CN116090568B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06N—COMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
    • G06N10/00—Quantum computing, i.e. information processing based on quantum-mechanical phenomena
    • G06N10/40—Physical realisations or architectures of quantum processors or components for manipulating qubits, e.g. qubit coupling or qubit control
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06N—COMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
    • G06N10/00—Quantum computing, i.e. information processing based on quantum-mechanical phenomena
    • G06N10/60—Quantum algorithms, e.g. based on quantum optimisation, quantum Fourier or Hadamard transforms

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Complex Calculations (AREA)

Abstract

本发明公开了一种量子数据与经典浮点型数据的大小关系确定方法及装置，本发明通过获取存储量子数据的第一量子比特和待比较的经典浮点型数据；确定经典浮点型数据与其向下取整的差值；基于该差值确定量子旋转逻辑门的旋转角度；基于第一量子比特与确定旋转角度后的量子旋转逻辑门构建用于确定目标大小关系的量子线路；运行量子线路，确定量子数据与经典浮点型数据是否满足目标大小关系，旨在提升量子数据与经典浮点型数据比较结果的精度。

Description

量子数据与经典浮点型数据的大小关系确定方法及装置
技术领域
本发明属于量子计算技术领域，特别是一种量子数据与经典浮点型数据的大小关系确定方法及装置。
背景技术
量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。当某个装置处理和计算的是量子信息，运行的是量子算法时，它就是量子计算机。量子计算机因其具有相对普通计算机更高效的处理数学问题的能力，例如，能将破解RSA密钥的时间从数百年加速到数小时，故成为一种正在研究中的关键技术。
量子数据通常是以一个概率分布的形式展现，其包括多个数值的概率叠加。随着量子计算的不断发展，越来越多的量子算法应运而生，这也带来了新的技术问题，如何将量子数据与经典浮点型数据进行比较。目前存在部分实现方式是将经典浮点型数据近似取整，将量子数据与经典浮点型数据的比较近似成量子数据与经典整数的比较。这种方法在取整的过程中产生了精度损失，因此，结果的准确性不高。
发明内容
本发明的目的是提供一种量子数据与经典浮点型数据的大小关系确定方法及装置，旨在提升量子数据与经典浮点型数据比较结果的精度。
本发明的一个实施例提供了一种量子数据与经典浮点型数据的大小关系确定方法，所述方法包括：
获取存储量子数据的第一量子比特和待比较的经典浮点型数据；
确定所述经典浮点型数据与所述经典浮点型数据向下取整的差值；
基于所述差值确定量子旋转逻辑门的旋转角度；
基于所述第一量子比特与确定旋转角度后的所述量子旋转逻辑门构建用于确定目标大小关系的量子线路；
运行所述量子线路，确定所述量子数据与所述经典浮点型数据是否满足所述目标大小关系。
可选的，所述基于所述差值确定量子旋转逻辑门的旋转角度，包括：
将所述差值的1/2次方的反三角函数值作为量子旋转逻辑门的旋转角度。
可选的，所述目标大小关系包括大于关系或小于等于关系。
可选的，所述基于所述第一量子比特与确定旋转角度后的所述量子旋转逻辑门构建用于确定目标大小关系的量子线路，包括：
获取用于存储进位信息的第二量子比特和用于存储确定结果的第三量子比特，以及基于所述经典浮点型数据向下取整的二进制形式确定目标量子逻辑门；
将确定旋转角度后的所述量子旋转逻辑门和所述目标量子逻辑门作用于所述第一量子比特、所述第二量子比特和所述第三量子比特，得到用于确定目标大小关系的量子线路。
可选的，所述目标大小关系为大于关系，所述将确定旋转角度后的所述量子旋转逻辑门和所述目标量子逻辑门作用于所述第一量子比特、所述第二量子比特和所述第三量子比特，包括：
将受控的所述量子旋转逻辑门作用于所述经典浮点型数据向下取整的二进制形式的最低位对应的所述第一量子比特和所述第二量子比特，将所述目标量子逻辑门作用于除所述最低位之外的其他位对应的所述第一量子比特和所述第二量子比特，以及将CONT门作用于所述经典浮点型数据向下取整的二进制形式的最高位对应的所述第二量子比特和所述第三量子比特，受控的所述量子旋转逻辑门的受控比特为所述最低位对应的所述第一量子比特。
可选的，所述目标大小关系为小于等于关系，所述将确定旋转角度后的所述量子旋转逻辑门和所述目标量子逻辑门作用于所述第一量子比特、所述第二量子比特和所述第三量子比特，包括：
将受控的所述量子旋转逻辑门作用于所述经典浮点型数据向下取整的二进制形式的最低位对应的所述第一量子比特和所述第二量子比特，将所述目标量子逻辑门作用于除所述最低位之外的其他位对应的所述第一量子比特和所述第二量子比特，将CONT门作用于所述经典浮点型数据向下取整的二进制形式的最高位对应的所述第二量子比特和所述第三量子比特，将X门作用于所述第三量子比特，受控的所述量子旋转逻辑门的受控比特为所述最低位对应的所述第一量子比特。
可选的，所述确定所述量子数据与所述经典浮点型数据是否满足所述目标大小关系，包括：
测量所述第三量子比特，得到所述第三量子比特的量子态；
若所述第三量子比特的量子态为|1>，则确定所述量子数据与所述经典浮点型数据满足所述目标大小关系；
若所述第三量子比特的量子态为|0＞，则确定所述量子数据与所述经典浮点型数据不满足所述目标大小关系。
本发明的又一实施例提供了一种量子数据与经典浮点型数据的大小关系确定装置，所述装置包括：
数据获取单元，用于获取存储量子数据的第一量子比特和待比较的经典浮点型数据；
参数确定单元，用于确定所述经典浮点型数据与所述经典浮点型数据向下取整的差值；基于所述差值确定量子旋转逻辑门的旋转角度；
线路构建单元，用于基于所述第一量子比特与确定旋转角度后的所述量子旋转逻辑门构建用于确定目标大小关系的量子线路；
结果确定单元，用于运行所述量子线路，确定所述量子数据与所述经典浮点型数据是否满足所述目标大小关系。
可选的，在所述基于所述差值确定量子旋转逻辑门的旋转角度方面，包括：
将所述差值的1/2次方的反三角函数值作为量子旋转逻辑门的旋转角度。
可选的，所述目标大小关系包括大于关系或小于等于关系。
可选的，在所述基于所述第一量子比特与确定旋转角度后的所述量子旋转逻辑门构建用于确定目标大小关系的量子线路方面，包括：
获取用于存储进位信息的第二量子比特和用于存储确定结果的第三量子比特，以及基于所述经典浮点型数据向下取整的二进制形式确定目标量子逻辑门；
将确定旋转角度后的所述量子旋转逻辑门和所述目标量子逻辑门作用于所述第一量子比特、所述第二量子比特和所述第三量子比特，得到用于确定目标大小关系的量子线路。
可选的，所述目标大小关系为大于关系，在所述将确定旋转角度后的所述量子旋转逻辑门和所述目标量子逻辑门作用于所述第一量子比特、所述第二量子比特和所述第三量子比特方面，包括：
将受控的所述量子旋转逻辑门作用于所述经典浮点型数据向下取整的二进制形式的最低位对应的所述第一量子比特和所述第二量子比特，将所述目标量子逻辑门作用于除所述最低位之外的其他位对应的所述第一量子比特和所述第二量子比特，以及将CONT门作用于所述经典浮点型数据向下取整的二进制形式的最高位对应的所述第二量子比特和所述第三量子比特，受控的所述量子旋转逻辑门的受控比特为所述最低位对应的所述第一量子比特。
可选的，所述目标大小关系为小于等于关系，在所述将确定旋转角度后的所述量子旋转逻辑门和所述目标量子逻辑门作用于所述第一量子比特、所述第二量子比特和所述第三量子比特方面，包括：
将受控的所述量子旋转逻辑门作用于所述经典浮点型数据向下取整的二进制形式的最低位对应的所述第一量子比特和所述第二量子比特，将所述目标量子逻辑门作用于除所述最低位之外的其他位对应的所述第一量子比特和所述第二量子比特，将CONT门作用于所述经典浮点型数据向下取整的二进制形式的最高位对应的所述第二量子比特和所述第三量子比特，将X门作用于所述第三量子比特，受控的所述量子旋转逻辑门的受控比特为所述最低位对应的所述第一量子比特。
可选的，在所述确定所述量子数据与所述经典浮点型数据是否满足所述目标大小关系方面，包括：
测量所述第三量子比特，得到所述第三量子比特的量子态；
若所述第三量子比特的量子态为|1＞，则确定所述量子数据与所述经典浮点型数据满足所述目标大小关系；
若所述第三量子比特的量子态为|0＞，则确定所述量子数据与所述经典浮点型数据不满足所述目标大小关系。
本发明的又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上述任一项中所述的方法。
本发明的又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上述任一项中所述的方法。
与现有技术相比，本发明提供的一种量子数据与经典浮点型数据的大小关系确定方法及装置，该方法通过获取存储量子数据的第一量子比特和待比较的经典浮点型数据；确定经典浮点型数据与其向下取整的差值；基于该差值确定量子旋转逻辑门的旋转角度；基于第一量子比特与确定旋转角度后的量子旋转逻辑门构建用于确定目标大小关系的量子线路；运行量子线路，确定量子数据与经典浮点型数据是否满足目标大小关系，并未将经典浮点型数据近似成整数，而是基于经典浮点型数据与其向下取整的差值去确定量子旋转逻辑门的旋转角度，利用该量子旋转逻辑门去构建量子线路与量子数据进行比较，该比较过程中包括经典浮点型数据向下取整的部分，并未近似，因而得到的结果精度高于近似成整数的比较结果。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种量子数据与经典浮点型数据的大小关系确定方法的计算机终端的硬件结构框图；
图2为本发明实施例提供的一种量子数据与经典浮点型数据的大小关系确定方法的流程示意图；
图3为本发明实施例提供的一种大于关系的量子线路图；
图4为本发明实施例提供的一种逻辑或门构造方式的量子线路图；
图5为本发明实施例提供的一种量子数据与经典浮点型数据的大小关系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数据与经典浮点型数据的大小关系确定方法，该方法可以应用于电子设备，如计算机终端，具体如普通电脑、量子计算机等。
下面以运行在计算机终端上为例对其进行详细说明。图1为本发明实施例提供的一种量子数据与经典浮点型数据的大小关系确定方法的计算机终端的硬件结构框图。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)和用于存储量子数据与经典浮点型数据的大小关系确定方法的存储器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数据与经典浮点型数据的大小关系确定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。
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，负责运行量子程序进而实现量子计算。而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，并最终实现量子计算。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，因受限于量子设备硬件的发展，通常需要进行量子计算模拟以验证量子算法、量子应用等等。量子计算模拟即借助普通计算机的资源搭建的虚拟架构(即量子虚拟机)实现特定问题对应的量子程序的模拟运行的过程。通常，需要构建特定问题对应的量子程序。本发明实施例所指量子程序，即是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。
量子线路作为量子程序的一种体现方式，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，本发明所述量子程序即指该条总的量子线路，其中，该总的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：一个量子程序可以由量子线路、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成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，时序即单个量子逻辑门被执行的时间顺序。
需要说明的是，在基于硅芯片的普通计算设备中，处理芯片的单元是CMOS管，这种计算单元不受时间和相干性的限制，即，这种计算单元是不受使用时长限制，随时可用的。此外，目前，在硅芯片中，这种计算单元的数量是充足的，即，目前一个芯片中的计算单元的数量是成千上万的。计算单元数量的充足且CMOS管可选择的计算逻辑是固定的，例如：与逻辑。借助CMOS管运算时，通过大量的CMOS管结合有限的逻辑功能，以实现运算效果。
与普通计算设备中这种逻辑单元不同，目前量子计算机中，基本的计算单元是量子比特，量子比特的输入受相干性的限制，也受相干时间的限制，即，量子比特是受使用时长限制的，并不是随时可用的。在量子比特的可用使用时长内充分使用量子比特是量子计算的关键性难题。此外，量子计算机中量子比特的数量是量子计算机性能的代表指标之一，每个量子比特通过按需配置的逻辑功能实现计算功能，鉴于量子比特数量受限，而量子计算领域的逻辑功能是多样化的，例如：哈德玛门(Hadamard门，H门)、泡利-X门(X门)、泡利-Y门(Y门)、泡利-Z门(Z门)、RX门、RY门、RZ门、CNOT门、CR门、iSWAP门、Toffoli门等等。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。量子计算时，借助有限的量子比特结合多样的逻辑功能组合实现运算效果。
基于量子计算机的这些不同，逻辑功能作用在量子比特的设计(包括量子比特使用与否的设计以及每个量子比特使用效率的设计)是提升量子计算机的运算性能的关键，且需要进行特殊的设计。而上述针对量子比特的设计是普通计算设备所不需要考虑的、也不需要面对的技术问题。基于此，本发明提供一种量子数据与经典浮点型数据的大小关系确定方法及装置。
参见图2，图2为本发明实施例提供的一种量子数据与经典浮点型数据的大小关系确定方法的流程示意图。该方法包括以下步骤：
步骤201：获取存储量子数据的第一量子比特和待比较的经典浮点型数据；
其中，量子数据是指量子比特携带的量子信息数据，经典数据是指经典计算领域的信息数据，经典数据包括经典整数型数据和经典浮点型数据。例如，量子数据可以是
Figure BDA0004074414580000081
表示ψ取值为0、1、2、3的概率均为1/4。因此对于某一个分布，也可以在该分布上面进行取点，将该点和其对应的概率制备到量子比特上面，用量子数据进行表示。经典浮点型数据例如1.5，经典整数数据例如0、1、2、3。
步骤202：确定所述经典浮点型数据与所述经典浮点型数据向下取整的差值；
其中，经典浮点型数据与其向下取整的差值，例如1.5向下取整即为1,差值即为0.5，2.1向下取整即为2，差值即为0.1。
步骤203：基于所述差值确定量子旋转逻辑门的旋转角度；
其中，量子旋转逻辑门例如可以是RX门、RY门、RZ门，或是其他包括旋转角度的量子逻辑门，在此不做限定。旋转角度可以是基于差值的反三角函数值确定或者基于差值平方的反三角函数值确定，也可以是基于差值的1/2次方的反三角函数值确定，反三角函数例如可以是arcsin、arccos、arctan，在此不做限定。
在本发明提供的一具体实施例中，所述基于所述差值确定量子旋转逻辑门的旋转角度，包括：
将所述差值的1/2次方的反三角函数值作为量子旋转逻辑门的旋转角度。进一步地，所述量子旋转逻辑门为RY门，RY门的旋转角度为
Figure BDA0004074414580000091
其中x为差值。对于经典浮点型数据来说，其大于向下取整的概率为x，因此振幅为
Figure BDA0004074414580000092
故用RY门进行编码时，其旋转角度为
Figure BDA0004074414580000093
步骤204：基于所述第一量子比特与确定旋转角度后的所述量子旋转逻辑门构建用于确定目标大小关系的量子线路；
其中，目标大小关系是指用户想要确定的大小关系，包括大于关系或小于等于关系，对于一个分布类型的量子数据来说，其在某一个区间上的取值才有概率，对于单点来说，其概率为0。因此，大于关系即大于等于关系，小于等于关系即小于关系，两者是等价的。
在本发明提供的一具体实施例中，所述基于所述第一量子比特与确定旋转角度后的所述量子旋转逻辑门构建用于确定目标大小关系的量子线路，包括：
获取用于存储进位信息的第二量子比特和用于存储确定结果的第三量子比特，以及基于所述经典浮点型数据向下取整的二进制形式确定目标量子逻辑门；
将确定旋转角度后的所述量子旋转逻辑门和所述目标量子逻辑门作用于所述第一量子比特、所述第二量子比特和所述第三量子比特，得到用于确定目标大小关系的量子线路。
其中，第二量子比特用于存储第一量子比特的量子态每一位与经典浮点型数据的二进制每一位比较后的进位信息，所设个数可与第一量子比特位数n相同；第三量子比特用于存储量子数据与经典浮点型数据是否满足目标大小关系的确定结果，数量可设为1个。例如，从最低位开始比较，量子态的一位若大于整数二进制的一位，则得到进位信息为1，否则为0。
其中，所述经典浮点型数据向下取整的二进制形式的长度与存储量子数据的第一量子比特位数保持一致。例如，第一量子比特位数为6，经典浮点型数据为22.5，向下取整为22，对应的二进制为10110，二进制长度小于n，则将10110用0补齐为010110，并反序存放到t＝[0,1,1,0,1,0]。
具体地，目标量子逻辑门为Toffoli门或逻辑或门，所述基于所述经典浮点型数据向下取整的二进制形式确定目标量子逻辑门，包括：
若所述经典浮点型数据向下取整的二进制形式的二进制位为0，则确定目标量子逻辑门为逻辑或门；
若所述经典浮点型数据向下取整的二进制形式的二进制位为1，则确定目标量子逻辑门为Toffoli门。
进一步地，所述目标大小关系为大于关系，所述将确定旋转角度后的所述量子旋转逻辑门和所述目标量子逻辑门作用于所述第一量子比特、所述第二量子比特和所述第三量子比特，包括：
将受控的所述量子旋转逻辑门作用于所述经典浮点型数据向下取整的二进制形式的最低位对应的所述第一量子比特和所述第二量子比特，将所述目标量子逻辑门作用于除所述最低位之外的其他位对应的所述第一量子比特和所述第二量子比特，以及将CONT门作用于所述经典浮点型数据向下取整的二进制形式的最高位对应的所述第二量子比特和所述第三量子比特，受控的所述量子旋转逻辑门的受控比特为所述最低位对应的所述第一量子比特。
进一步地，所述目标大小关系为小于等于关系，所述将确定旋转角度后的所述量子旋转逻辑门和所述目标量子逻辑门作用于所述第一量子比特、所述第二量子比特和所述第三量子比特，包括：
将受控的所述量子旋转逻辑门作用于所述经典浮点型数据向下取整的二进制形式的最低位对应的所述第一量子比特和所述第二量子比特，将所述目标量子逻辑门作用于除所述最低位之外的其他位对应的所述第一量子比特和所述第二量子比特，将CONT门作用于所述经典浮点型数据向下取整的二进制形式的最高位对应的所述第二量子比特和所述第三量子比特，将X门作用于所述第三量子比特，受控的所述量子旋转逻辑门的受控比特为所述最低位对应的所述第一量子比特。
如图3所示，图3为本发明实施例提供的一种大于关系的量子线路图。第一量子比特和第二量子比特的数量为n，分别对应的量子态为|i1>、|i2>…|in>和|a1>、|a2>…|an>。第三量子比特的数量为1，对应的量子态为|c>。t[1]＝0时，量子旋转逻辑门为RY门，受控的RY门作用于|i1>对应的第一量子比特和|a1>对应的第二量子比特，|i1>对应的第一量子比特为控制比特，|a1>对应的第二量子比特为受控比特。
除t[1]外，对于t[k]＝0时，将逻辑或(OR)门作用于第k位|ik>对应的第一量子比特、第k-1位|ak-1>和第k位|ak>对应的第二量子比特，|ik>对应的第一量子比特和|ak-1>对应的第二量子比特为控制比特，|ak>对应的第二量子比特为受控比特，从t[2]直至t[0]；
对于t[k]＝1时，则将Toffoli门作用于第k位|ik>对应的第一量子比特、第k-1位|ak-1>和第k位|ak>对应的第二量子比特，|ik>对应的第一量子比特和|ak-1>对应的第二量子比特为控制比特，|ak>对应的第二量子比特为受控比特，从t[2]直至t[0]。
最后将CONT门作用于第n位|an>对应的第二量子比特和|c>对应的第三量子比特，|an>对应的第二量子比特为控制比特，|c>对应的第三量子比特为受控比特。
小于等于关系的量子线路图只需在大于关系的量子线路图的最后将X门作用于|c>对应的第三量子比特。图4为本发明实施例提供的一种逻辑或门构造方式的量子线路图，图4中左侧量子线路依次包括3个X门、1个Toffoli门和2个X门。
步骤205：运行所述量子线路，确定所述量子数据与所述经典浮点型数据是否满足所述目标大小关系。
具体地，所述确定所述量子数据与所述经典浮点型数据是否满足所述目标大小关系，包括：
测量所述第三量子比特，得到所述第三量子比特的量子态；
若所述第三量子比特的量子态为|1>，则确定所述量子数据与所述经典浮点型数据满足所述目标大小关系；
若所述第三量子比特的量子态为|0＞，则确定所述量子数据与所述经典浮点型数据不满足所述目标大小关系。
在计算机领域，真值true通常用1表示，示例性的，如果测量出的确定结果为|1>态，表示确定目标量子数据与目标经典数据满足目标大小关系；如果为|0>态，表示确定目标量子数据与目标经典数据不满足目标大小关系。
与现有技术相比，本发明提供的一种量子数据与经典浮点型数据的大小关系确定方法及装置，该方法通过获取存储量子数据的第一量子比特和待比较的经典浮点型数据；确定经典浮点型数据与其向下取整的差值；基于该差值确定量子旋转逻辑门的旋转角度；基于第一量子比特与确定旋转角度后的量子旋转逻辑门构建用于确定目标大小关系的量子线路；运行量子线路，确定量子数据与经典浮点型数据是否满足目标大小关系，并未将经典浮点型数据近似成整数，而是基于经典浮点型数据与其向下取整的差值去确定量子旋转逻辑门的旋转角度，利用该量子旋转逻辑门去构建量子线路与量子数据进行比较，该比较过程中包括经典浮点型数据向下取整的部分，并未近似，因而得到的结果精度高于近似成整数的比较结果。
参见图5，图5为本发明实施例提供的一种量子数据与经典浮点型数据的大小关系确定装置的结构示意图。与图2所示的流程一致，该装置包括：
数据获取单元501，用于获取存储量子数据的第一量子比特和待比较的经典浮点型数据；
参数确定单元502，用于确定所述经典浮点型数据与所述经典浮点型数据向下取整的差值；基于所述差值确定量子旋转逻辑门的旋转角度；
线路构建单元503，用于基于所述第一量子比特与确定旋转角度后的所述量子旋转逻辑门构建用于确定目标大小关系的量子线路；
结果确定单元504，用于运行所述量子线路，确定所述量子数据与所述经典浮点型数据是否满足所述目标大小关系。
可选的，在所述基于所述差值确定量子旋转逻辑门的旋转角度方面，所述参数确定单元502，具体用于：
将所述差值的1/2次方的反三角函数值作为量子旋转逻辑门的旋转角度。
可选的，所述目标大小关系包括大于关系或小于等于关系。
可选的，在所述基于所述第一量子比特与确定旋转角度后的所述量子旋转逻辑门构建用于确定目标大小关系的量子线路方面，所述线路构建单元503，具体用于：
获取用于存储进位信息的第二量子比特和用于存储确定结果的第三量子比特，以及基于所述经典浮点型数据向下取整的二进制形式确定目标量子逻辑门；
将确定旋转角度后的所述量子旋转逻辑门和所述目标量子逻辑门作用于所述第一量子比特、所述第二量子比特和所述第三量子比特，得到用于确定目标大小关系的量子线路。
可选的，所述目标大小关系为大于关系，在所述将确定旋转角度后的所述量子旋转逻辑门和所述目标量子逻辑门作用于所述第一量子比特、所述第二量子比特和所述第三量子比特方面，所述线路构建单元503，具体用于：
将受控的所述量子旋转逻辑门作用于所述经典浮点型数据向下取整的二进制形式的最低位对应的所述第一量子比特和所述第二量子比特，将所述目标量子逻辑门作用于除所述最低位之外的其他位对应的所述第一量子比特和所述第二量子比特，以及将CONT门作用于所述经典浮点型数据向下取整的二进制形式的最高位对应的所述第二量子比特和所述第三量子比特，受控的所述量子旋转逻辑门的受控比特为所述最低位对应的所述第一量子比特。
可选的，所述目标大小关系为小于等于关系，在所述将确定旋转角度后的所述量子旋转逻辑门和所述目标量子逻辑门作用于所述第一量子比特、所述第二量子比特和所述第三量子比特方面，所述线路构建单元503，具体用于：
将受控的所述量子旋转逻辑门作用于所述经典浮点型数据向下取整的二进制形式的最低位对应的所述第一量子比特和所述第二量子比特，将所述目标量子逻辑门作用于除所述最低位之外的其他位对应的所述第一量子比特和所述第二量子比特，将CONT门作用于所述经典浮点型数据向下取整的二进制形式的最高位对应的所述第二量子比特和所述第三量子比特，将X门作用于所述第三量子比特，受控的所述量子旋转逻辑门的受控比特为所述最低位对应的所述第一量子比特。
可选的，在所述确定所述量子数据与所述经典浮点型数据是否满足所述目标大小关系方面，所述结果确定单元504，具体用于：
测量所述第三量子比特，得到所述第三量子比特的量子态；
若所述第三量子比特的量子态为|1>，则确定所述量子数据与所述经典浮点型数据满足所述目标大小关系；
若所述第三量子比特的量子态为|0＞，则确定所述量子数据与所述经典浮点型数据不满足所述目标大小关系。
本发明实施例还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：
获取存储量子数据的第一量子比特和待比较的经典浮点型数据；
确定所述经典浮点型数据与所述经典浮点型数据向下取整的差值；
基于所述差值确定量子旋转逻辑门的旋转角度；
基于所述第一量子比特与确定旋转角度后的所述量子旋转逻辑门构建用于确定目标大小关系的量子线路；
运行所述量子线路，确定所述量子数据与所述经典浮点型数据是否满足所述目标大小关系。
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。
本发明的再一实施例还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任一项中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：
获取存储量子数据的第一量子比特和待比较的经典浮点型数据；
确定所述经典浮点型数据与所述经典浮点型数据向下取整的差值；
基于所述差值确定量子旋转逻辑门的旋转角度；
基于所述第一量子比特与确定旋转角度后的所述量子旋转逻辑门构建用于确定目标大小关系的量子线路；
运行所述量子线路，确定所述量子数据与所述经典浮点型数据是否满足所述目标大小关系。
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)

1.一种量子数据与经典浮点型数据的大小关系确定方法，其特征在于，所述方法包括：
获取存储量子数据的第一量子比特和待比较的经典浮点型数据；
确定所述经典浮点型数据与所述经典浮点型数据向下取整的差值；
基于所述差值确定量子旋转逻辑门的旋转角度；
基于所述第一量子比特与确定旋转角度后的所述量子旋转逻辑门构建用于确定目标大小关系的量子线路；
运行所述量子线路，确定所述量子数据与所述经典浮点型数据是否满足所述目标大小关系。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述差值确定量子旋转逻辑门的旋转角度，包括：
将所述差值的1/2次方的反三角函数值作为量子旋转逻辑门的旋转角度。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述目标大小关系包括大于关系或小于等于关系。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于所述第一量子比特与确定旋转角度后的所述量子旋转逻辑门构建用于确定目标大小关系的量子线路，包括：
获取用于存储进位信息的第二量子比特和用于存储确定结果的第三量子比特，以及基于所述经典浮点型数据向下取整的二进制形式确定目标量子逻辑门；
将确定旋转角度后的所述量子旋转逻辑门和所述目标量子逻辑门作用于所述第一量子比特、所述第二量子比特和所述第三量子比特，得到用于确定目标大小关系的量子线路。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述目标大小关系为大于关系，所述将确定旋转角度后的所述量子旋转逻辑门和所述目标量子逻辑门作用于所述第一量子比特、所述第二量子比特和所述第三量子比特，包括：
将受控的所述量子旋转逻辑门作用于所述经典浮点型数据向下取整的二进制形式的最低位对应的所述第一量子比特和所述第二量子比特，将所述目标量子逻辑门作用于除所述最低位之外的其他位对应的所述第一量子比特和所述第二量子比特，以及将CONT门作用于所述经典浮点型数据向下取整的二进制形式的最高位对应的所述第二量子比特和所述第三量子比特，受控的所述量子旋转逻辑门的受控比特为所述最低位对应的所述第一量子比特。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述目标大小关系为小于等于关系，所述将确定旋转角度后的所述量子旋转逻辑门和所述目标量子逻辑门作用于所述第一量子比特、所述第二量子比特和所述第三量子比特，包括：
将受控的所述量子旋转逻辑门作用于所述经典浮点型数据向下取整的二进制形式的最低位对应的所述第一量子比特和所述第二量子比特，将所述目标量子逻辑门作用于除所述最低位之外的其他位对应的所述第一量子比特和所述第二量子比特，将CONT门作用于所述经典浮点型数据向下取整的二进制形式的最高位对应的所述第二量子比特和所述第三量子比特，将X门作用于所述第三量子比特，受控的所述量子旋转逻辑门的受控比特为所述最低位对应的所述第一量子比特。
7.如权利要求4-6任一项所述的方法，其特征在于，所述确定所述量子数据与所述经典浮点型数据是否满足所述目标大小关系，包括：
测量所述第三量子比特，得到所述第三量子比特的量子态；
若所述第三量子比特的量子态为|1>，则确定所述量子数据与所述经典浮点型数据满足所述目标大小关系；
若所述第三量子比特的量子态为|0＞，则确定所述量子数据与所述经典浮点型数据不满足所述目标大小关系。
8.一种量子数据与经典浮点型数据的大小关系确定装置，其特征在于，所述装置包括：
数据获取单元，用于获取存储量子数据的第一量子比特和待比较的经典浮点型数据；
参数确定单元，用于确定所述经典浮点型数据与所述经典浮点型数据向下取整的差值；基于所述差值确定量子旋转逻辑门的旋转角度；
线路构建单元，用于基于所述第一量子比特与确定旋转角度后的所述量子旋转逻辑门构建用于确定目标大小关系的量子线路；
结果确定单元，用于运行所述量子线路，确定所述量子数据与所述经典浮点型数据是否满足所述目标大小关系。
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所述权利要求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所述权利要求1至7任一项中所述的方法。
CN202310104790.7A 2023-01-29 2023-01-29 量子数据与经典浮点型数据的大小关系确定方法及装置 Active CN116090568B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310104790.7A CN116090568B (zh) 2023-01-29 2023-01-29 量子数据与经典浮点型数据的大小关系确定方法及装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310104790.7A CN116090568B (zh) 2023-01-29 2023-01-29 量子数据与经典浮点型数据的大小关系确定方法及装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN116090568A true CN116090568A (zh) 2023-05-09
CN116090568B CN116090568B (zh) 2024-06-14

Family

ID=86204294

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310104790.7A Active CN116090568B (zh) 2023-01-29 2023-01-29 量子数据与经典浮点型数据的大小关系确定方法及装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116090568B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116681138A (zh) * 2023-05-29 2023-09-01 本源量子计算科技（合肥）股份有限公司 一种数据大小比较任务的处理方法、装置、存储介质及电子装置

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011120096A (ja) * 2009-12-04 2011-06-16 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 量子誤り推定装置、量子誤り推定方法、そのプログラム、量子誤り訂正装置、量子誤り訂正方法
CN111310928A (zh) * 2020-02-28 2020-06-19 东南大学 通用量子比较电路的实现方法
CN113222158A (zh) * 2020-01-21 2021-08-06 合肥本源量子计算科技有限责任公司 一种量子态的获得方法及装置
CN114819168A (zh) * 2021-01-29 2022-07-29 合肥本源量子计算科技有限责任公司 一种矩阵特征值的量子比较方法及装置
CN114912608A (zh) * 2022-05-16 2022-08-16 南京邮电大学 一种适用于双场量子密钥分发系统的全局相位跟踪预测方法
CN115409185A (zh) * 2021-05-28 2022-11-29 合肥本源量子计算科技有限责任公司 一种线性函数对应的量子线路的构建方法及装置
WO2022247887A1 (zh) * 2021-05-28 2022-12-01 合肥本源量子计算科技有限责任公司 一种线性函数对应的量子线路的构建方法及装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011120096A (ja) * 2009-12-04 2011-06-16 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 量子誤り推定装置、量子誤り推定方法、そのプログラム、量子誤り訂正装置、量子誤り訂正方法
CN113222158A (zh) * 2020-01-21 2021-08-06 合肥本源量子计算科技有限责任公司 一种量子态的获得方法及装置
CN111310928A (zh) * 2020-02-28 2020-06-19 东南大学 通用量子比较电路的实现方法
CN114819168A (zh) * 2021-01-29 2022-07-29 合肥本源量子计算科技有限责任公司 一种矩阵特征值的量子比较方法及装置
CN115409185A (zh) * 2021-05-28 2022-11-29 合肥本源量子计算科技有限责任公司 一种线性函数对应的量子线路的构建方法及装置
WO2022247887A1 (zh) * 2021-05-28 2022-12-01 合肥本源量子计算科技有限责任公司 一种线性函数对应的量子线路的构建方法及装置
CN114912608A (zh) * 2022-05-16 2022-08-16 南京邮电大学 一种适用于双场量子密钥分发系统的全局相位跟踪预测方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DAVID SENA OLIVEIRA等: "Quantum search algorithm using quantum bit string comparator", 《2006 INTERNATIONAL TELECOMMUNICATIONS SYMPOSIUM》, 21 January 2008 (2008-01-21) *
MOZAMMEL H.A. KHAN: "Synthesis of quaternary reversible/quantum comparators", 《JOURNAL OF SYSTEMS ARCHITECTURE》, 31 October 2008 (2008-10-31), pages 977 - 982, XP024099923, DOI: 10.1016/j.sysarc.2008.04.006 *
王冬;刘志昊;朱皖宁;李善治;: "基于多目标扩展通用Toffoli门的量子比较器设计", 计算机科学, no. 09, 15 September 2012 (2012-09-15) *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116681138A (zh) * 2023-05-29 2023-09-01 本源量子计算科技（合肥）股份有限公司 一种数据大小比较任务的处理方法、装置、存储介质及电子装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN116090568B (zh) 2024-06-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112114776B (zh) 一种量子乘法运算方法、装置、电子装置及存储介质
CN112232513B (zh) 一种量子态的制备方法及装置
CN113222155B (zh) 一种量子线路的构建方法、装置、电子装置和存储介质
CN112633507B (zh) 一种将复向量编码到量子线路的方法及装置
CN116090568B (zh) 量子数据与经典浮点型数据的大小关系确定方法及装置
CN113222157B (zh) 一种量子模拟方法、装置、电子装置及存储介质
CN114511094B (zh) 一种量子算法的优化方法、装置、存储介质与电子装置
CN114519429B (zh) 获取目标体系的可观测量的方法、装置及介质
CN114764619B (zh) 一种基于量子线路的卷积操作方法及装置
CN115879558B (zh) 一种多个量子态之间的大小比较方法及装置
CN116050528B (zh) 振幅放大线路的构建方法、装置、介质及电子装置
CN115879557B (zh) 基于量子线路的数据大小比较方法、装置及量子计算机
CN115879560B (zh) 一种量子数据与经典数据的等值关系判断方法及装置
CN118095457A (zh) 模逆量子线路的构造方法、装置、介质及电子装置
CN116402149B (zh) 一种量子线路优化方法、装置、存储介质及电子装置
CN115879552B (zh) 量子模数乘逆运算方法、装置、电子装置及模数算术组件
CN114970872B (zh) 量子线路的编译方法、装置、介质及电子装置
CN115907016B (zh) 一种基于量子计算搜索目标范围值的方法及相关装置
CN115879559A (zh) 多个量子态之间的等值关系判断方法、装置及量子计算机
CN115879554B (zh) 量子模数平方运算方法、装置、电子装置及模数算术组件
CN115879553B (zh) 量子模数完整乘法运算方法、装置及模数算术组件
CN117114118A (zh) 量子权重加和器的构建方法、装置、介质及电子装置
CN115713122A (zh) 一种量子数据与经典数据的大小关系的确定方法及装置
CN118095459A (zh) 变量二倍模乘运算器、运算方法及相关装置
CN117852660A (zh) 一种变分量子线路的构造方法、装置、介质及电子装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information

Address after: 230088 6th floor, E2 building, phase II, innovation industrial park, 2800 innovation Avenue, high tech Zone, Hefei City, Anhui Province

Applicant after: Benyuan Quantum Computing Technology (Hefei) Co.,Ltd.

Address before: 230088 6th floor, E2 building, phase II, innovation industrial park, 2800 innovation Avenue, high tech Zone, Hefei City, Anhui Province

Applicant before: ORIGIN QUANTUM COMPUTING COMPANY, LIMITED, HEFEI

CB02 Change of applicant information
GR01 Patent grant