CN116229794B - 用于模拟量子算法的演示装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供用于模拟量子算法的演示装置及方法，涉及量子计算技术领域。所述演示装置包括量子算法流程控制器和多个单量子比特模拟器。单量子比特模拟器包括：用于表示单个量子比特的模拟物，模拟物的颜色表示量子态，模拟物的亮度表示量子态概率；颜色调度器，用于根据模拟物表示的量子态调整模拟物的颜色；亮度调节器，用于根据模拟物表示的量子态概率调节模拟物的亮度；算法流程控制器，用于按照量子算法运行流程下发模拟物表示的量子态至颜色调度器，下发模拟物表示的量子态概率至亮度调节器。应用本发明可以直观形象地模拟粒子囚禁并展示量子算法中量子比特的量子态变化过程。

Description

用于模拟量子算法的演示装置及方法

技术领域

本发明涉及量子计算技术领域，尤其涉及用于模拟量子算法的演示装置及方法。

背景技术

量子信息是量子物理与信息技术相结合发展起来的新学科，包括量子通信和量子计算。量子通信主要研究量子密码、量子隐形传态、远距离量子通信的技术，而量子计算主要研究量子计算机和适合于量子计算机的量子算法。量子计算机可在短时间内完成现有计算机需要耗费庞大时间才能解决的复杂问题，这有助于解决商业和社会面临的各种问题。

量子算法是量子计算从物理系统到实际应用的桥梁和必经之路。量子算法是非常数学化的，具有高度抽象性，并不易于理解。在现有的量子信息教学内容中，对于各种量子算法的形象化演示都是通过矩阵或者量子线路来呈现。这些演示方法都还是采用存在于印刷品上的文字和图画形式实现。

因此，如何直观形象地模拟量子算法以展示量子算法流程成为需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供用于模拟量子算法的演示装置及方法，用以直观形象地模拟量子算法，达到展示量子算法流程的目的。

根据本发明的一方面，提供一种用于模拟量子算法的演示装置。用于模拟量子算法的演示装置包括：量子算法流程控制器和多个单量子比特模拟器。单量子比特模拟器包括：用于表示单个量子比特的模拟物，模拟物的颜色表示量子态，模拟物的亮度表示量子态概率；颜色调度器，用于根据模拟物表示的量子态控制模拟物的颜色；亮度调节器，用于根据模拟物表示的量子态概率控制模拟物的亮度。算法流程控制器，用于按照量子算法运行流程下发模拟物表示的量子态至颜色调度器，下发模拟物表示的量子态概率至亮度调节器。

根据本发明的一个实施例， 单量子比特模拟器还包括：第一光源，用于发射表示第一量子态的第一颜色光； 第二光源，用于发射表示第二量子态的第二颜色光；在模拟物表示单量子比特的第一量子态时，第一光源发射第一颜色光照射至模拟物；在模拟物表示单量子比特的第二量子态时，第二光源发射第二颜色光照射至模拟物；在模拟物表示单量子比特的第一量子态与第二量子态的叠加态时，第一光源发射第一颜色光照射至模拟物，第二光源发射第二颜色光照射至模拟物，第一颜色光和第二颜色光形成的合成光表示叠加态。颜色调度器根据模拟物表示的量子态控制哪个光源发光照亮模拟物；亮度调节器根据模拟物表示的量子态概率控制发光照亮模拟物的光源的发光强度以调节模拟物亮度。

根据本发明的一个实施例， 单量子比特模拟器还包括：第一光源，用于发射表示第一量子态的第一颜色光； 第二光源，用于发射表示第二量子态的第二颜色光；第三光源，用于发射表示第一量子态与第二量子态的叠加态的第三颜色光；在模拟物表示单量子比特的第一量子态时，第一光源发射第一颜色光照射至模拟物；在模拟物表示单量子比特的第二量子态时，第二光源发射第二颜色光照射至模拟物；在模拟物表示单量子比特的叠加态时，第三光源发射第三颜色光照射至模拟物。颜色调度器根据模拟物表示的量子态控制哪个光源发光照亮模拟物；亮度调节器根据模拟物表示的量子态概率控制发光照亮模拟物的光源的发光强度以调节模拟物亮度。

根据本发明的一个实施例，模拟物为处于悬浮状态的悬浮物、或处于悬挂状态的悬挂物、或处于被支撑状态的顶端物。

根据本发明的一个实施例，悬浮物为粒子、或颗粒物、或球体、或团簇。

根据本发明的一个实施例，模拟物包括处于悬浮状态、或处于悬挂状态、或处于被支撑状态的透光壳体和内置于透光壳体的LED发光单元。LED发光单元包括：第一颜色芯片，用于发射表示第一量子态的第一颜色光； 第二颜色芯片，用于发射表示第二量子态的第二颜色光；电源，用于为第一颜色芯片和第二颜色芯片供电。在模拟物表示单量子比特的第一量子态时，第一颜色芯片发射第一颜色光照亮模拟物；在模拟物表示单量子比特的第二量子态时，第二颜色芯片发射第二颜色光照亮模拟物；在模拟物表示单量子比特的第一量子态与第二量子态的叠加态时，第一颜色芯片发射第一颜色光和第二颜色芯片发射第二颜色光同时照亮模拟物形成的合成光表示叠加态。

根据本发明的一个实施例，模拟物包括处于悬浮状态、或处于悬挂状态、或处于被支撑状态的透光壳体和内置于透光壳体的LED发光单元。LED发光单元包括：第一颜色芯片，用于发射表示第一量子态的第一颜色光； 第二颜色芯片，用于发射表示第二量子态的第二颜色光；第三颜色芯片，用于发射表示第一量子态与第二量子态的叠加态的第三颜色光；电源，用于为第一颜色芯片、第二颜色芯片、和第三颜色芯片供电。在模拟物表示单量子比特的第一量子态时，第一颜色芯片发射第一颜色光照亮模拟物；在模拟物表示单量子比特的第二量子态时，第二颜色芯片发射第二颜色光照亮模拟物；在模拟物表示单量子比特的第一量子态与第二量子态的叠加态时，第三颜色芯片发射第三颜色光照亮模拟物。

根据本发明的一个实施例，量子算法是Grover算法；单量子比特的量子态包括第一量子态、第二量子态以及第一量子态与第二量子态的叠加态；第一量子态对应的颜色为第一颜色，第二量子态对应的颜色为第二颜色，叠加态对应的颜色为第三颜色或由第一颜色和第二颜色形成的合成颜色。

根据本发明的另一方面，提供一种用于模拟量子算法的演示方法。用于模拟量子算法的演示方法包括：为每一单个量子比特分配一一对应的模拟物；依照量子算法运行流程获取每一单个量子比特的量子态和量子态概率；根据每一单个量子比特的量子态和量子态概率确定对应模拟物的颜色和亮度；根据模拟物表示的量子态调整模拟物的颜色，根据模拟物表示的量子态概率调整模拟物的亮度。

根据本发明的一个实施例，量子算法是Grover算法；单量子比特的量子态包括第一量子态、第二量子态以及第一量子态与第二量子态的叠加态；第一量子态对应的颜色为第一颜色，第二量子态对应的颜色为第二颜色，叠加态对应的颜色为第三颜色或由第一颜色和第二颜色形成的合成颜色。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

1.采用肉眼可见或在光源照射下肉眼可见的模拟物来模拟微观粒子，模拟物的颜色表示量子态，亮度表示量子态概率。通过将原子、离子等肉眼不可见的囚禁对象表示为模拟物，从而将微观世界的现象进行了宏观化的表示，便于人们直观理解量子现象及量子算法过程中的量子态变化。

2.为量子比特配置一一对应模拟物，通过颜色与亮度的组合可以表示多种量子比特状态，增加了演示灵活性，可以适应多个量子比特的量子算法演示。

3. 通过采用红光与绿光同时照亮模拟物形成黄光，以黄光表示当前该模拟物对应的量子比特处于叠加态，通过光的合成表示量子态的叠加。两束光形成合成光类比演示了两个量子态形成叠加态的变化过程，使得抽象的物理概念通过量子算法演示变得更形象生动，易于理解。

4. 模拟物采用被四极杆阱囚禁的宏观带电微粒，将不同颜色的激光打在被囚禁的微粒上，形成微小的光点，以微粒的颜色表示不同的量子态，可以模拟离子被激光囚禁的的现象，将肉眼不可见的物理现象呈现于观察者面前，直观且便于理解。

附图说明

通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述目的和特点将会变得更加清楚。

图1示出的是根据本发明的示例性实施例的用于模拟量子算法的演示装置的示意性结构图。

图2示出的是根据本发明的示例性实施例的用于模拟量子算法的单量子比特模拟器的示意性结构图。

图3示出的是根据本发明的示例性实施例的用于模拟量子算法的演示方法的示意性流程图。

图4 示出的是根据本发明的示例性实施例的采用两个光源的单量子比特模拟器的示意性结构图。

图5 示出的是根据本发明的示例性实施例的采用三个光源的单量子比特模拟器的示意性结构图。

图6 示出的是根据本发明的示例性实施例的采用LED发光单元的模拟物的单量子比特模拟器的示意性结构图。

图7 示出的是根据本发明的示例性实施例的采用两个发光芯片的LED发光单元的示意性结构图。

图8 示出的是根据本发明的示例性实施例的采用三个发光芯片的LED发光单元的示意性结构图。

图9 示出的是根据本发明的示例性实施例的Grover算法的示意性流程图。

图10 示出的是根据本发明的示例性实施例的采用颜色与亮度组合演示Grover算法的示意性过程图。

具体实施方式

本发明的构思在于：利用光学方法，采用模拟物表示单量子比特，模拟物的颜色表示量子态，亮度表示量子态概率。在量子算法运行过程中，通过调整模拟物的颜色和亮度演示量子比特的量子态变化；在微粒作为模拟物时，采用激光器照射微粒的光点可以演示粒子囚禁的状态。利用不同颜色和亮度的光点来演示Grover算法，利用激光照亮悬浮在四极杆阱中的微粒来模拟离子阱量子计算机中的量子比特，可以实现激光对粒子的囚禁效果演示，以及Grover算法执行过程的演示。

下面，将参照附图来详细说明本发明的实施例。

图1示出的是根据本发明的示例性实施例的用于模拟量子算法的演示装置的示意性结构图。参照图1，图1示出的用于模拟量子算法的演示装置包括：量子算法流程控制器和多个单量子比特模拟器，算法流程控制器按照量子算法的运行流程控制单量子比特模拟器实现模拟量子算法的演示。单量子比特模拟器的数目与量子算法所需的量子比特数相同。单量子比特模拟器包括用于表示单个量子比特的模拟物。模拟物的颜色表示量子态，亮度表示量子态概率。

图2示出的是根据本发明的示例性实施例的用于模拟量子算法的单量子比特模拟器的示意性结构图。参照图2，图2示出的单量子比特模拟器还包括：颜色调度器，用于根据模拟物表示的量子态控制模拟物的颜色；亮度调节器，用于根据模拟物表示的量子态概率控制模拟物的亮度。在模拟演示时，概率越大则亮度越高，概率越小则亮度越低。

算法流程控制器按照量子算法运行流程下发模拟物表示的量子态至颜色调度器，并下发模拟物表示的量子态概率至亮度调节器。

图3示出的是根据本发明的示例性实施例的用于模拟量子算法的演示方法的示意性流程图。参照图3，图3示出的用于模拟量子算法的演示方法包括以下步骤：

步骤S1，为每一单个量子比特分配一一对应的模拟物。

步骤S2，依照量子算法运行流程获取每一单个量子比特的量子态和量子态概率。

步骤S3，根据每一单个量子比特的量子态和量子态概率确定对应模拟物的颜色和亮度。

步骤S4，根据模拟物表示的量子态调整模拟物的颜色，根据模拟物表示的量子态概率调整模拟物的亮度。

在一些示例中，量子算法涉及的量子态包括和/>两个基态以及由基态/>和/>纠缠形成的叠加态。采用红光照亮模拟物，以表示当前该模拟物对应量子比特处于量子态/>；采用绿光照亮模拟物，以表示当前该模拟物对应量子比特处于量子态/>；采用红光与绿光同时照亮模拟物合成为黄光，以黄光表示当前该模拟物对应的量子比特处于叠加态。以照亮模拟物的红光、绿光和黄光的亮度表示模拟物对应量子比特的量子态概率大小。

图4 示出的是根据本发明的示例性实施例的采用两个光源的单量子比特模拟器的示意性结构图。参照图4，单量子比特模拟器还包括第一光源和第二光源。第一光源为发射红光的激光器或LED，第二光源为发射绿光的激光器或LED。以激光器为例，第一光源为红光激光器，第二光源为绿光激光器。

首先为参与量子算法的每一量子比特配置一一对应的模拟物。算法流程控制器依照量子算法运行流程获取每一单个量子比特的量子态和量子态概率；按照量子算法运行流程下发模拟物表示的量子态至颜色调度器，下发模拟物表示的量子态概率至亮度调节器。颜色调度器根据模拟物表示的量子态控制模拟物的颜色，若量子比特处于量子态，则控制作为第一光源的红色激光器发射红光照亮模拟物；若量子比特处于量子态/>，则控制作为第二光源的绿色激光器发射绿光照亮模拟物；若量子比特处于叠加态，则控制红色激光器发射红光、绿色激光器发射绿光，采用红光和绿光同时照亮模拟物，以红绿光混合形成的黄光表示叠加态。

亮度调节器用于根据模拟物表示的量子态概率控制模拟物的亮度。例如，若需要表示三个概率，则可以按概率从大到小设定亮度从高到低的三个亮度值：第一亮度、第二亮度、第三亮度，采用不同亮度表示不同概率大小。亮度调节器的控制信号可以是功率信号或电流信号，通过改变功率大小或电流大小控制光源的发光强度，光源发出不同强度的光可以调整模拟物的亮度。

在一些示例中，量子算法涉及的量子态包括和/>两个基态以及由/>和纠缠形成的叠加态。采用红光照亮模拟物，以表示当前该模拟物对应量子比特处于量子态/>；采用绿光照亮模拟物，以表示当前该模拟物对应量子比特处于量子态/>；采用黄光照亮模拟物，以表示当前该模拟物对应量子比特处于叠加态。以照亮模拟物的红光、绿光和黄光的亮度表示模拟物对应量子比特的量子态概率大小。

图5 示出的是根据本发明的示例性实施例的采用三个光源的单量子比特模拟器的示意性结构图。单量子比特模拟器还包括第一光源、第二光源和第三光源。第一光源为发射红光的激光器或LED，第二光源为发射绿光的激光器或LED、第三光源为发射黄光的激光器或LED。以激光器为例，第一光源为红光激光器，第二光源为绿光激光器、第三光源为黄光激光器。颜色调度器根据模拟物表示的量子态控制哪个光源发光照亮模拟物；亮度调节器根据模拟物表示的量子态概率控制发光照亮模拟物的光源的发光强度以调节模拟物亮度。

首先为参与量子算法的每一量子比特配置模拟物，每个量子比特配置一个对应的模拟物。算法流程控制器依照量子算法运行流程获取每一单个量子比特的量子态和量子态概率；按照量子算法运行流程下发模拟物表示的量子态至颜色调度器，下发模拟物表示的量子态概率至亮度调节器。

颜色调度器根据模拟物表示的量子态控制模拟物的颜色，若量子比特处于量子态，则控制作为第一光源的红色激光器发射红光照亮模拟物；若量子比特处于量子态，则控制作为第二光源的绿色激光器发射绿光照亮模拟物；若量子比特处于叠加态，则控制黄色激光器发射黄光照亮模拟物，以黄光表示叠加态。

亮度调节器用于根据模拟物表示的量子态概率控制模拟物的亮度。例如，若需要表示三个概率，则可以按概率从大到小设定亮度从高到低的三个亮度值：第一亮度、第二亮度、第三亮度，采用不同亮度表示不同概率大小。亮度调节器的控制信号可以是功率信号或电流信号，通过改变功率大小或电流大小控制光源的发光强度，光源发出不同强度的光可以调整模拟物的亮度。

图6 示出的是根据本发明的示例性实施例的采用LED发光模拟物的单量子比特模拟器的示意性结构图。图6 示出的采用LED发光的模拟物的单量子比特模拟器，其中的模拟物包括透光壳体和内置于透光壳体的LED发光单元。模拟物的LED发光单元的发光颜色表示量子态，模拟物的LED发光单元的发光亮度表示量子态概率。

如图7所示，给出了采用两个发光芯片的LED发光单元的示意图。在模拟物的透光壳体内，LED发光单元包括：第一颜色芯片，用于发射表示第一量子态的第一颜色光； 第二颜色芯片，用于发射表示第二量子态的第二颜色光；电源，用于为第一颜色芯片和第二颜色芯片供电。在模拟物表示单量子比特的第一量子态时，第一颜色芯片发射第一颜色光（红光）照亮模拟物；在模拟物表示单量子比特的第二量子态时，第二颜色芯片发射第二颜色光（绿光）照亮模拟物；在模拟物表示单量子比特的第一量子态与第二量子态的叠加态时，第一颜色芯片发射第一颜色光（红光）和第二颜色芯片发射第二颜色光（绿光）同时照亮形成的合成光（黄光）表示叠加态。在一些示例中，第一颜色芯片为红光LED芯片，第二颜色芯片为绿光LED芯片。颜色调度器根据模拟物表示的量子态控制哪个芯片发光照亮模拟物；亮度调节器根据模拟物表示的量子态概率控制发光照亮模拟物的芯片的发光强度以调节模拟物亮度。

如图8所示，给出了采用三个发光芯片的LED发光单元的示意图。在模拟物的透光壳体内，LED发光单元包括：第一颜色芯片，用于发射表示第一量子态的第一颜色光（红光）；第二颜色芯片，用于发射表示第二量子态的第二颜色光（绿光）；第三颜色芯片，用于发射表示第一量子态与第二量子态的叠加态的第三颜色光（黄光）；电源，用于为第一颜色芯片、第二颜色芯片和第三颜色芯片供电。在模拟物表示单量子比特的第一量子态时，第一颜色芯片发射第一颜色光照亮模拟物；在模拟物表示单量子比特的第二量子态时，第二颜色芯片发射第二颜色光照亮模拟物；在模拟物表示单量子比特的第一量子态与第二量子态的叠加态时，第三颜色芯片发射第三颜色光照亮模拟物。在一些示例中，第一颜色芯片为红光芯片，第二颜色芯片为绿光芯片，第三颜色芯片为黄光芯片。颜色调度器根据模拟物表示的量子态控制哪个芯片发光照亮模拟物；亮度调节器根据模拟物表示的量子态概率控制发光照亮模拟物的芯片的发光强度以调节模拟物亮度。

在上述的实施例中，模拟物为处于悬浮状态的悬浮物、或处于悬挂状态的悬挂物、或处于被支撑状态的顶端物。例如，模拟物为悬浮于液体或气体中的球体或颗粒，或者是悬浮于电场、磁场、电磁场、磁悬浮场中的浮子，或者是采用绳索悬挂着的LED发光球或散光球，或者是采用撑杆支撑的LED发光球或散光球。

Grover算法是量子算法中的代表性算法之一。Grover算法可以在无序数组中将搜索特定值的次数从N次减少到次，在数据库搜索领域里将具有广泛的应用前景。为实现通过光学方法以实物演示装置演示Grover算法，需要展现量子比特的量子态。模拟物选定为被四极杆阱囚禁的宏观带电微粒。利用不同颜色和强度的激光分别照亮微粒可以模拟量子态。将不同颜色的激光打在被囚禁的宏观带电微粒上，以微粒的颜色表示不同的量子态，以微粒的亮度表示量子态概率的大小。假设要演示采用Grover算法在包括8个数的数组中搜索出一个数，四极杆阱需要囚禁8个微粒， 8个微粒作为8个模拟物表示8个量子比特。Grover算法流程的每一步操作之后，需要8个微粒呈现不同的量子态。

如图9所示，示出了Grover算法的示意性流程图。Grover算法流程主要步骤包括：首先制备均匀叠加态，让8个量子比特都处于均匀叠加态，然后翻转目标量子比特的相位，对翻转反相的目标量子比特进行概率放大，重复进行相位反转和概率放大，重复次数可以为次，直至找到概率最大的即为目标量子比特，该目标量子比特具有最大的量子态概率。

采用带电微粒作为模拟物表示量子比特，每个微粒都可以被红和绿两束光照射。假设被红光照亮表示量子态，被绿光照亮表示量子态/>，那么红绿光同时照亮呈现的黄色则表示叠加态。通过调节亮度，每个微粒都可以表示高亮度、中亮度、低亮度的第一亮度、第二亮度、第三亮度来代表三种亮度状态。三种亮度状态与三种颜色组合起来可以表示9种状态，足以演示Grover算法的运行过程。

如图10 所示，示出了采用颜色与亮度组合演示Grover算法的示意性过程图。如从10A至10E给出了Grover算法流程中模拟物的颜色与亮度变化示意图。演示Grover算法的过程包括以下阶段：

第一步：初始化阶段，用于将量子比特制备为均匀叠加态。

在10A所示的模拟物中，全部8个模拟物都呈现为第一亮度的黄色，即高亮度黄色，表示Grover算法将8个“量子比特”制备到“均匀叠加态”。

第二步：Oracle阶段，用于通过翻转相位来标记目标量子比特。

在10B所示的模拟物中，目标量子比特的“相位”翻转，对应的模拟物从第一亮度的黄色变为第三亮度的绿色，即变为低亮度绿色。

第三步：放大阶段，基于所有8个比特的概率均值A放大目标量子比特概率。

在10C所示的模拟物中，放大被反相的目标量子比特概率，保持目标量子比特仍为绿色，亮度从第三亮度提升变为第二亮度，即模拟物为中亮度绿色；同时，剩余7个“量子比特”保持黄色但亮度从第一亮度减小为第二亮度，即为中亮度黄色。

第四步：对放大之后的目标量子比特的量子态测量。

在10D所示的模拟物中，再次翻转目标量子比特“相位”，从绿色变成低亮度红色。

第五步，重复第二步至第四步，对Oracle和放大阶段进行次循环重复将最大化地增加目标量子比特量子态的概率。

在10E所示的模拟物中，按照10B到10D所示的“翻转相位-放大-翻转相位”的循环，每次翻转都减小黄色的亮度，增加绿色或红色的亮度，即增大概率。如此循环2-3次后即可显示最终结果，即目标量子比特变为第一亮度的红色，即高亮度红色，表示目标量子比特的量子态概率高于其他比特，完成Grover算法演示。

该演示方法不局限于利用激光照亮四极杆阱囚禁的微粒。例如不同颜色的处于悬浮状态的LED灯，也可以进行演示，这样仅能演示Grover算法的步骤，不能模拟离子阱的囚禁，对将离子阱囚禁和Grover算法的量子比特操作联系起来演示教学略有影响。

本发明通过利用不同颜色和亮度的光点来演示Grover算法，利用激光照亮悬浮在四极杆阱中的微粒来模拟离子阱量子计算机中的量子比特，可以实现激光对粒子的囚禁效果演示，以及Grover算法执行过程的演示。至于获得光点的方法可以是多样的。可以根据其他教学或演示需求来确定。

以上说明中的第一、第二、第三、第四等是为了区分在同一或不同实施例中的具有相同名称的特征，并不是数量上的限制。并且本发明并不局限于上文所描述或在图中示出的特定配置和处理。以上所述仅为本发明的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，所描述的系统、设备、模块或单元的具体工作过程，可以参考方法实施例中的对应过程，不需再赘述。应理解，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于模拟量子算法的演示装置，其特征在于，包括量子算法流程控制器和多个单量子比特模拟器，其中：

单量子比特模拟器包括：用于表示单个量子比特的模拟物，模拟物的颜色表示量子态，模拟物的亮度表示量子态概率；颜色调度器，用于根据模拟物表示的量子态控制模拟物的颜色；亮度调节器，用于根据模拟物表示的量子态概率控制模拟物的亮度；

算法流程控制器，用于按照量子算法运行流程下发模拟物表示的量子态至颜色调度器，下发模拟物表示的量子态概率至亮度调节器，所述量子算法是Grover算法；

在初始化阶段，算法流程控制器下发叠加态至颜色调度器，颜色调度器控制全部模拟物的颜色为表示叠加态的颜色；

在Oracle阶段，算法流程控制器下发相位翻转的目标量子比特对应的模拟物的第一量子态至颜色调度器，颜色调度器调整目标量子比特对应的模拟物的颜色为表示第一量子态的颜色；

在放大阶段，算法流程控制器下发目标量子比特对应的模拟物的第一量子态概率至亮度调节器，亮度调节器根据第一量子态概率调整目标量子比特对应的模拟物的亮度；

在测量阶段，算法流程控制器下发相位翻转的目标量子比特对应的模拟物的第二量子态至颜色调度器，颜色调度器调整目标量子比特对应的模拟物的颜色为表示第二量子态的颜色；

在Grover算法迭代运行过程中，算法流程控制器对Oracle阶段和放大阶段进行多次循环重复，控制颜色调度器调整模拟物的颜色以及控制亮度调节器调整模拟物的亮度。

2.根据权利要求1所述的用于模拟量子算法的演示装置，其特征在于，

所述演示装置还包括：第一光源，用于发射表示第一量子态的第一颜色光； 第二光源，用于发射表示第二量子态的第二颜色光；

在模拟物表示单量子比特的第一量子态时，第一光源发射第一颜色光照射至模拟物；在模拟物表示单量子比特的第二量子态时，第二光源发射第二颜色光照射至模拟物；在模拟物表示单量子比特的第一量子态与第二量子态的叠加态时，第一光源发射第一颜色光照射至模拟物，第二光源发射第二颜色光照射至模拟物，第一颜色光和第二颜色光形成的合成光表示叠加态。

3.根据权利要求1所述的用于模拟量子算法的演示装置，其特征在于，

所述演示装置还包括：第一光源，用于发射表示第一量子态的第一颜色光； 第二光源，用于发射表示第二量子态的第二颜色光；第三光源，用于发射表示第一量子态与第二量子态的叠加态的第三颜色光；

在模拟物表示单量子比特的第一量子态时，第一光源发射第一颜色光照射至模拟物；在模拟物表示单量子比特的第二量子态时，第二光源发射第二颜色光照射至模拟物；在模拟物表示单量子比特的叠加态时，第三光源发射第三颜色光照射至模拟物。

4.根据权利要求1所述的用于模拟量子算法的演示装置，其特征在于，所述模拟物为处于悬浮状态的悬浮物、或处于悬挂状态的悬挂物、或处于被支撑状态的顶端物。

5.根据权利要求4所述的用于模拟量子算法的演示装置，其特征在于，所述悬浮物为粒子、或颗粒物、或球体、或团簇。

6.根据权利要求1所述的用于模拟量子算法的演示装置，其特征在于，所述模拟物包括处于悬浮状态、或处于悬挂状态、或处于被支撑状态的透光壳体和内置于透光壳体的LED发光单元，所述LED发光单元包括：

第一颜色芯片，用于发射表示第一量子态的第一颜色光； 第二颜色芯片，用于发射表示第二量子态的第二颜色光；电源，用于为所述第一颜色芯片和第二颜色芯片供电；

在模拟物表示单量子比特的第一量子态时，第一颜色芯片发射第一颜色光照亮模拟物；在模拟物表示单量子比特的第二量子态时，第二颜色芯片发射第二颜色光照亮模拟物；在模拟物表示单量子比特的第一量子态与第二量子态的叠加态时，第一颜色芯片发射第一颜色光和第二颜色芯片发射第二颜色光同时照亮模拟物形成的合成光表示叠加态。

7.根据权利要求1所述的用于模拟量子算法的演示装置，其特征在于，

所述模拟物包括处于悬浮状态、或处于悬挂状态、或处于被支撑状态的透光壳体和内置于透光壳体的LED发光单元，所述LED发光单元包括：

第一颜色芯片，用于发射表示第一量子态的第一颜色光； 第二颜色芯片，用于发射表示第二量子态的第二颜色光；第三颜色芯片，用于发射表示第一量子态与第二量子态的叠加态的第三颜色光；电源，用于为所述第一颜色芯片、第二颜色芯片、和第三颜色芯片供电；

在模拟物表示单量子比特的第一量子态时，第一颜色芯片发射第一颜色光照亮模拟物；在模拟物表示单量子比特的第二量子态时，第二颜色芯片发射第二颜色光照亮模拟物；在模拟物表示单量子比特的第一量子态与第二量子态的叠加态时，第三颜色芯片发射第三颜色光照亮模拟物。

8.根据权利要求1所述的用于模拟量子算法的演示装置，其特征在于，

所述单量子比特的量子态包括第一量子态、第二量子态以及第一量子态与第二量子态的叠加态；第一量子态对应的颜色为第一颜色，第二量子态对应的颜色为第二颜色，叠加态对应的颜色为第三颜色或由第一颜色和第二颜色形成的合成颜色。

9.一种用于模拟量子算法的演示方法，其特征在于，包括以下步骤：

为每一单个量子比特分配一一对应的模拟物；

依照量子算法运行流程获取每一单个量子比特的量子态和量子态概率，所述量子算法是Grover算法；

根据每一单个量子比特的量子态和量子态概率确定对应模拟物的颜色和亮度；

根据模拟物表示的量子态调整模拟物的颜色，根据模拟物表示的量子态概率调整模拟物的亮度；

在初始化阶段，控制全部模拟物的颜色为表示叠加态的颜色；

在Oracle阶段，将相位翻转的目标量子比特对应的模拟物的颜色调整为表示第一量子态的颜色；

在放大阶段，根据第一量子态概率调整目标量子比特对应的模拟物的亮度；

在测量阶段，将相位翻转的目标量子比特对应的模拟物的颜色调整为表示第二量子态的颜色；

在Grover算法迭代运行过程中，对Oracle阶段和放大阶段进行多次循环重复，根据模拟物表示的量子态调整模拟物的颜色，以及根据模拟物表示的量子态概率调整模拟物的亮度。

10.根据权利要求9所述的用于模拟量子算法的演示方法，其特征在于，

所述单个量子比特的量子态包括第一量子态、第二量子态以及第一量子态与第二量子态的叠加态；第一量子态对应的颜色为第一颜色，第二量子态对应的颜色为第二颜色，叠加态对应的颜色为第三颜色或由第一颜色和第二颜色形成的合成颜色。