CN116541947A - 车辆配置的SAT或MAX-SAT问题的Grover求解方法及装置 - Google Patents

车辆配置的SAT或MAX-SAT问题的Grover求解方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种车辆配置的SAT或MAX－SAT问题的Grover求解方法及装置，所述方法包括：构造用于车辆生产配置的可建造性约束对应的第一量子线路，作为Grover的初始化叠加线路模块；构造预设测试条件对应的总哈密顿量及其对应的第二量子线路，作为Grover的相位估计Oracle线路模块；基于所述初始化叠加线路模块和所述相位估计Oracle线路模块，获得所述Grover对应的第三量子线路；运行并测量所述第三量子线路，根据测量结果确定SAT/MAX－SAT问题对应的车辆配置。利用本发明实施例，能够将量子计算技术应用于车辆生产配置领域，发挥量子计算的并行加速优势，利用量子算法在车辆配置优化加速解决SAT/MAX－SAT问题，并填补相关技术的空白。

Description

车辆配置的SAT或MAX－SAT问题的Grover求解方法及装置
技术领域
本发明属于量子计算技术领域，特别是一种车辆配置的SAT或MAX－SAT问题的Grover求解方法及装置。
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。
目前，随着量子计算的不断发展，越来越多的量子算法应运而生。在车辆配置优化需要解决SAT、MAX－SAT问题，现有经典技术对于SAT/MAXSAT问题的解决是困难的，可以使用量子算法加速解决。可见，将量子计算的技术应用于车辆生产配置领域是一个亟需探索解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种车辆配置的SAT或MAX－SAT问题的Grover求解方法及装置，以解决现有技术中的不足，它能够将量子计算技术应用于车辆生产配置领域，发挥量子计算的并行加速优势，利用量子算法在车辆配置优化加速解决SAT/MAX－SAT问题，并填补相关技术的空白。
本申请的一个实施例提供了一种车辆配置的SAT或MAX－SAT问题的Grover求解方法，方法包括：
构造用于车辆生产配置的可建造性约束对应的第一量子线路，作为Grover的初始化叠加线路模块；
构造预设测试条件对应的总哈密顿量及其对应的第二量子线路，作为Grover的相位估计Oracle线路模块；
基于所述初始化叠加线路模块和所述相位估计Oracle线路模块，获得所述Grover对应的第三量子线路；
运行并测量所述第三量子线路，根据测量结果确定SAT/MAX－SAT问题对应的车辆配置。
可选的，所述构造用于车辆生产配置的可建造性约束对应的第一量子线路，包括：
构造表示可建造性约束中特征叠加的第一酉操作、表示特征配置规则的第二酉操作、预设恒等运算符和投影车辆型号的投影算符，根据所述第一酉操作、所述第二酉操作、所述预设恒等运算符和所述投影算符，获得所述可建造性约束对应的第一量子线路。
可选的，所述第一量子线路表示为：
其中，所述Ui为第一量子线路的酉操作形式，所述UH表示第一酉操作，所述UC表示第二酉操作，所述I表示预设恒等运算符，所述|j><j|表示投影算符，所述i表示车辆序号，所述j表示车辆类型的型号，所述t为车辆的类型总数。
可选的，所述第一量子线路的初始量子态为：
可选的，所述构造预设测试条件对应的总哈密顿量及其对应的第二量子线路，包括：
构造预设测试条件对应的总哈密顿量其中，所述wl为第l个预设测试条件testl的权重，所述ψl为所述testl对应的哈密顿量，所述q为预设测试条件test的总数；
根据所述总哈密顿量、相位估计线路以及预设量子逻辑门，构造所述预设测试条件对应的第二量子线路。
可选的，所述方法还包括：
配置用于表示车辆配置变量的第一量子比特，所述第一量子比特的数量为：其中，所述n表示车辆总数，所述m表示车辆的特征总数；
配置用于相位估计的第二量子比特，所述第二量子比特的数量为：所述q为预设测试条件test的总数。
可选的，在所述MAX－SAT问题中，所述预设测试条件test的总数表示为测试权重的总和。
本申请的又一实施例提供了一种车辆配置的SAT或MAX－SAT问题的Grover求解装置，装置包括：
第一构造模块，用于构造用于车辆生产配置的可建造性约束对应的第一量子线路，作为Grover的初始化叠加线路模块；
第二构造模块，用于构造预设测试条件对应的总哈密顿量及其对应的第二量子线路，作为Grover的相位估计Oracle线路模块；
获得模块，用于基于所述初始化叠加线路模块和所述相位估计Oracle线路模块，获得所述Grover对应的第三量子线路；
确定模块，用于运行并测量所述第三量子线路，根据测量结果确定SAT/MAX－SAT问题对应的车辆配置。
本申请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所述的方法。
本申请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所述的方法。
可见，本发明提供的一种车辆配置的SAT或MAX－SAT问题的Grover求解方法，构造用于车辆生产配置的可建造性约束对应的第一量子线路，作为Grover的初始化叠加线路模块；构造预设测试条件对应的总哈密顿量及其对应的第二量子线路，作为Grover的相位估计Oracle线路模块；基于所述初始化叠加线路模块和所述相位估计Oracle线路模块，获得所述Grover对应的第三量子线路；运行并测量所述第三量子线路，根据测量结果确定SAT/MAX－SAT问题对应的车辆配置，从而能够将量子计算技术应用于车辆生产配置领域，发挥量子计算的并行加速优势，利用量子算法在车辆配置优化加速解决SAT/MAX－SAT问题，并填补相关技术的空白。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种车辆配置的SAT或MAX－SAT问题的Grover求解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车辆配置的SAT或MAX－SAT问题的Grover求解方法的流程示意图；
图3为本发明实施例提供的一种车辆配置的SAT或MAX－SAT问题的Grover求解装置的结构示意图。
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车辆配置的SAT或MAX－SAT问题的Grover求解方法，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车辆配置的SAT或MAX－SAT问题的Grover求解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)和用于存储数据的存储器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车辆配置的SAT或MAX－SAT问题的Grover求解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，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，能够使量子态发生演化，量子逻辑门是构成量子线路的基础，量子逻辑门包括单比特量子逻辑门，如Hadamard门(H门，阿达马门)、泡利－X门(X门)、泡利－Y门(Y门)、泡利－Z门(Z门)、RX门、RY门、RZ门等等；两比特或多比特量子逻辑门，如CNOT门、CR门、CZ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2，图2为本发明实施例提供的一种车辆配置的SAT或MAX－SAT问题的Grover求解方法的流程示意图，可以包括如下步骤：
S201，构造用于车辆生产配置的可建造性约束对应的第一量子线路，作为Grover的初始化叠加线路模块；
具体的，SAT问题(Boolean satisfiability problem，布尔可满足性问题，有时称为命题可满足性问题，缩写为SATISFIABILITY或SAT)是MAX－SAT问题的一个特例，故可以重点研究MAXSAT问题。对于MAX－SAT问题，对于给定数量的车辆需要最大化测试数量，车辆首先需要满足可建造性约束(buildabilityconstraints)。
对于不同车型，车辆能装的特征配置可能会不一样，且不同特征配置间可能存在(联合)互斥、(联合)依赖等逻辑条件，这是由本身车辆型号和客观因素决定的，这些和测试无关的约束条件需要满足。示例性的，有2辆车v1、v2，5个特征F0、F1、F2、F3、F4，车型号包括2种类型T1、T2。可建造性约束可以包括：
1.每种类型允许的特征配置：
T1：F0，F1，F2
T2：F1，F2，F3，F4
2.每种类型的第一特征规则：
表示如果有F0一定有F2；
表示如果有F1、F3一定没有F2；
还可以包括：
3.组特征(即第二特征规则，表示下述特征不能同时出现，只能同时激活其中一个)：F3，F4
具体的，可以构造表示可建造性约束中特征叠加的第一酉操作、表示特征配置规则的第二酉操作、预设恒等运算符和投影车辆型号的投影算符，根据所述第一酉操作、所述第二酉操作、所述预设恒等运算符和所述投影算符，获得所述可建造性约束对应的第一量子线路。
在实际应用中，可以将可建造性约束表示为Grover算法的初始化叠加线路，通过约束条件减小解空间的大小。
一般来说，现有Grover算法中初始化叠加态的方法是在量子线路中加入H门。对于本申请问题中的可建造性约束，可以添加相应的控制门来纠缠相应的量子比特，来表示配置变量之间的逻辑关系。
示例性的，一种第一量子线路形式可以表示为：
其中，Ui为第一量子线路的酉操作形式：UH表示第一酉操作，可以通过H门实现，用于制备各个配置变量的叠加态；
UC表示第二酉操作，可以通过一系列代表逻辑关系的受控门实现；
I表示预设恒等运算符，代表该类型车辆无法配置的功能(特征)；
|j><j|表示投影算符，可以将车辆型号投影到量子态上；
i表示车辆序号，j表示车辆类型的型号，t为车辆的类型总数。
以上述可建造性约束为例，一种UC的构造方式可以如下：
对于第一条T1的特征规则可以在表示F2的第一量子比特上添加Pauli－X门和H门，将其初始化为/>即F2特征等概率出现，F2的第一量子比特可能是|0>态也可能是|1>态；然后，在F2的第一量子比特上添加一个受控的H门，由F0对应的第一量子比特控制F2对应的第一量子比特，此时F0作为F2出现的判断条件，当F0的第一量子比特为|1>态时，F2的第一量子比特被还原成确定的|1>态，否则F2的第一量子比特为不确定的叠加态。
类似的，对于只需要用H门将F2的第一量子比特初始化为再在量子比特上添加一个受控的H门，以使F1、F3的第一量子比特同时控制F2的第一量子比特，在F1、F3同时满足(F1、F3的第一量子比特均为|1>态)时F2的第一量子比特会被还原成0态。同理，其他逻辑关系也可以用类似的方式由受控门和NOT(Pauli＿X)门表示，在此不对其进行赘述。
示例性的，一种第一量子线路作用的初始量子态可以为：
该初态表示每种可能的车辆的型号类型在初始状态下以相等的概率分布(概率均为1/t)进行叠加。在实际应用中，也可以改变类型的概率分布来优化算法，对此不进行限定，均落在本申请的保护范围之内。
具体的，在实际应用中，在构造第一量子线路之前，可以首先配置用于表示车辆配置变量的第一量子比特，用于构造第一量子线路及后续的Grover线路。第一量子比特的数量可以为：其中，n表示车辆总数，m表示车辆的特征总数；
配置用于相位估计的第二量子比特作为辅助比特，用作构造Grover线路中的相位估计线路的额外比特。第二量子比特的数量可以为：q为预设测试条件test的总数。
具体的，在所述MAX－SAT问题中，所述预设测试条件test的总数表示为测试权重的总和。
例如，有2辆车v1、v2，n＝2；5个特征F0、F1、F2、F3、F4，m＝5；车型号包括2种类型T1、T2，t＝2。对于每一辆车，可以用5个量子比特位来表示特征，用1个量子比特位来表示类型，共需要12个第一量子比特。
S202，构造预设测试条件对应的总哈密顿量及其对应的第二量子线路，作为Grover的相位估计Oracle线路模块；
对于SAT问题，需要给定车辆和测试条件，求解出每辆车上应该有的配置来满足测试条件。对于MAX－SAT问题，这种情况下一般现有给定的车辆数无法完全满足需要的测试条件，所以MAX－SAT问题就是要找给定的车辆数下最多能满足的测试条件(带权重)。
具体的，在实际应用中，还可以根据预设测试条件及其权重，构造所述车辆的预设测试条件对应的哈密顿量。
对于MAX－SAT问题，有一些车辆想知道它们能完成多少测试。考虑n个车辆和q个测试：test1，……，testq，如果一个测试testl(1≤l≤q)需要k辆车，只有当至少有k辆车满足本次测试要求时，testl才能满足测试约束。如果车辆vi能满足testl要求，则车辆vi对应的测试条件对应的哈密顿量表达式为1：
其中，qi,1表示车辆vi的特征F1的量子比特位，qi,m表示车辆vi的特征Fm的量子比特位。
如果恰好有k辆车满足testl，则k辆车对应testl的测试约束对应的哈密顿量表达式为：
该式共有项。但如果有(k+1)辆车满足testl要求，则项数为：/>在此条件下，可以在该式中加入惩罚项，使对应的哈密顿量表达式ψl＝1：
当有(k+2)辆车满足testl要求时，ψl为：
因此，当有k或k+1或k+2辆车满足要求testl时，ψl总是等于1，当测试的可行车辆数小于k时，ψl总是等于0。类似的，有更多的车辆满足testl的要求，可能的最大可行车辆数为K，K为所有测试试验中所需车辆的最大值。例如，给定数据集中的K＝5。所以，ψl最多有O(nK)项。
具体的，可以构造预设测试条件对应的总哈密顿量其中，所述wl为第l个预设测试条件testl的权重，所述ψl为所述testl对应的哈密顿量，所述q为预设测试条件test的总数；
根据所述总哈密顿量、相位估计线路以及预设量子逻辑门，构造所述预设测试条件对应的第二量子线路。
示例性的，有q＝4个测试，这些测试条件、所需的车辆数kl和权重wl是：
test1：F1F4，表示F1、F4同时存在，k1＝1、w1＝1；
test2：(F0|F1)F2，表示F0或F1存在、且F2存在，k2＝2、w2＝2；
test3：～F1，表示不存在F1，k3＝1、w3＝1；
test4：F2 F3，表示F2、F3同时存在，k4＝2、w4＝2。
在例子中，K＝max(k1，k2，k3，k4)＝2。可得每个测试条件对应的哈密顿量为：
ψ1＝P1(q1,1)P1(q1,4)+P1(q2,1)P1(q2,4)-k1*P1(q1,1)P1(q1,4)*P1(q2,1)P1(q2,4)
ψ2＝(I-P0(q1,0)P0(q1,1))P1(q1,2)*(I-P0(q2,0)P0(q2,1))P1(q2,2)
ψ3＝P0(q1,1)+P0(q2,1)-k3*P0(q1,1)*P0(q2,1)
ψ4＝P1(q1,2)P1(q1,3)*P1(q2,2)P1(q2,3)
通过构造总哈密顿量Ht，其值可作为当前满足的测试条件数。将测试条件的信息即当前满足的测试条件个数Ht制备到上，通过/>个辅助比特，利用相位估计线路将Ht存储到辅助比特上，然后，可以添加预设量子逻辑门例如控制Z门标记需要满足的测试条件个数，在执行/>的转置共轭(逆过程)操作以还原初始叠加态即可，从而构造出预设测试条件对应的第二量子线路。
S203，基于所述初始化叠加线路模块和所述相位估计Oracle线路模块，获得所述Grover对应的第三量子线路；
具体的，本申请构造的第一量子线路和第二量子线路，分别作为初始化叠加线路模块和相位标记Oracle线路模块，替换原有Grover算法的量子线路的对应模块即可，从而获得Grover对应的第三量子线路。
在实际应用中，本领域技术人员能够理解的是，如果不使用该构造方法，则至少需要用到q个辅助比特来标记每个测试条件是否满足，对应量子线路则为类似上面的逻辑关系的量子线路，并需要这q个比特同时控制操作一个比特进行比特反转来表示这些条件是否同时满足，最后，在这个比特上添加Z门进行相位反转以进行标记，总共需要q+1个额外的量子比特。并且，Z门之前的线路都要作为叠加态制备的线路(包括前面的约束条件)，在Grover的放大部分还要进行dagger(共轭转置)操作，导致线路深度较深，且Grover算法需要用到叠加态制备线路中操作全部量子比特的多控量子逻辑门，而数量非常多的多控量子逻辑门节点对硬件很不友好。
S204，运行并测量所述第三量子线路，根据测量结果确定SAT/MAX－SAT问题对应的车辆配置。
通过运行Grover算法对应的第三量子线路，测量第一量子比特的量子态，然后根据量子态确定SAT/MAT－SAT的车辆特征配置。例如，测量一车辆对应的一组3个第一量子比特，前2比特表示特征1、特征2，后1比特表示车型，假设第一量子比特的量子态为|110>，可得该车辆配置为：配置特征1、配置特征2、车型号为0(第一个型号)，然后可以检查该车辆配置是否满足预设测试条件。
在MAX－SAT问题中，还可以通过Grover适用性搜索(GAS，Grover AdaptiveSearch)不断使用上述Grover算法迭代搜索比当前满足的测试条件数更多的配置情况，直到找不到满足更多测试条件时对应的车辆配置即为MAX－SAT问题的解。
可见，通过构造用于车辆生产配置的可建造性约束对应的第一量子线路，作为Grover的初始化叠加线路模块；构造预设测试条件对应的总哈密顿量及其对应的第二量子线路，作为Grover的相位估计Oracle线路模块；基于所述初始化叠加线路模块和所述相位估计Oracle线路模块，获得所述Grover对应的第三量子线路；运行并测量所述第三量子线路，根据测量结果确定SAT/MAX－SAT问题对应的车辆配置，从而能够将量子计算技术应用于车辆生产配置领域，发挥量子计算的并行加速优势，利用量子算法在车辆配置优化加速解决SAT/MAX－SAT问题，并填补相关技术的空白。
参见图3，图3为本发明实施例提供的一种车辆配置的SAT或MAX－SAT问题的Grover求解装置的结构示意图，与图2所示的流程相对应，所述装置包括：
第一构造模块301，用于构造用于车辆生产配置的可建造性约束对应的第一量子线路，作为Grover的初始化叠加线路模块；
第二构造模块302，用于构造预设测试条件对应的总哈密顿量及其对应的第二量子线路，作为Grover的相位估计Oracle线路模块；
获得模块303，用于基于所述初始化叠加线路模块和所述相位估计Oracle线路模块，获得所述Grover对应的第三量子线路；
确定模块304，用于运行并测量所述第三量子线路，根据测量结果确定SAT/MAX－SAT问题对应的车辆配置。
具体的，所述第一构造模块，具体用于：
构造表示可建造性约束中特征叠加的第一酉操作、表示特征配置规则的第二酉操作、预设恒等运算符和投影车辆型号的投影算符，根据所述第一酉操作、所述第二酉操作、所述预设恒等运算符和所述投影算符，获得所述可建造性约束对应的第一量子线路。
具体的，所述第一量子线路表示为：
其中，所述Ui为第一量子线路的酉操作形式，所述UH表示第一酉操作，所述UC表示第二酉操作，所述I表示预设恒等运算符，所述|j><j|表示投影算符，所述i表示车辆序号，所述j表示车辆类型的型号，所述t为车辆的类型总数；
具体的，所述第一量子线路的初始量子态为：
具体的，所述第二构造模块，具体用于：
构造预设测试条件对应的总哈密顿量其中，所述wl为第l个预设测试条件testl的权重，所述ψl为所述testl对应的哈密顿量，所述q为预设测试条件test的总数；
根据所述总哈密顿量、相位估计线路以及预设量子逻辑门，构造所述预设测试条件对应的第二量子线路。
具体的，所述装置还包括：
第一配置模块，用于配置用于表示车辆配置变量的第一量子比特，所述第一量子比特的数量为：其中，所述n表示车辆总数，所述m表示车辆的特征总数；
第二配置模块，用于配置用于相位估计的第二量子比特，所述第二量子比特的数量为：所述q为预设测试条件test的总数。
具体的，在所述MAX－SAT问题中，所述预设测试条件test的总数表示为测试权重的总和。
可见，通过构造用于车辆生产配置的可建造性约束对应的第一量子线路，作为Grover的初始化叠加线路模块；构造预设测试条件对应的总哈密顿量及其对应的第二量子线路，作为Grover的相位估计Oracle线路模块；基于所述初始化叠加线路模块和所述相位估计Oracle线路模块，获得所述Grover对应的第三量子线路；运行并测量所述第三量子线路，根据测量结果确定SAT或MAX－SAT问题对应的车辆配置，从而能够将量子计算技术应用于车辆生产配置领域，发挥量子计算的并行加速优势，利用量子算法在车辆配置优化加速解决SAT/MAX－SAT问题，并填补相关技术的空白。
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：
S1，构造用于车辆生产配置的可建造性约束对应的第一量子线路，作为Grover的初始化叠加线路模块；
S2，构造预设测试条件对应的总哈密顿量及其对应的第二量子线路，作为Grover的相位估计Oracle线路模块；
S3，基于所述初始化叠加线路模块和所述相位估计Oracle线路模块，获得所述Grover对应的第三量子线路；
S4，运行并测量所述第三量子线路，根据测量结果确定SAT或MAX－SAT问题对应的车辆配置。
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，构造用于车辆生产配置的可建造性约束对应的第一量子线路，作为Grover的初始化叠加线路模块；
S2，构造预设测试条件对应的总哈密顿量及其对应的第二量子线路，作为Grover的相位估计Oracle线路模块；
S3，基于所述初始化叠加线路模块和所述相位估计Oracle线路模块，获得所述Grover对应的第三量子线路；
S4，运行并测量所述第三量子线路，根据测量结果确定SAT或MAX－SAT问题对应的车辆配置。
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)

1.一种车辆配置的SAT或MAX－SAT问题的Grover求解方法，其特征在于，所述方法包括：
构造用于车辆生产配置的可建造性约束对应的第一量子线路，作为Grover的初始化叠加线路模块；
构造预设测试条件对应的总哈密顿量及其对应的第二量子线路，作为Grover的相位估计Oracle线路模块；
基于所述初始化叠加线路模块和所述相位估计Oracle线路模块，获得所述Grover对应的第三量子线路；
运行并测量所述第三量子线路，根据测量结果确定SAT/MAX－SAT问题对应的车辆配置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述构造用于车辆生产配置的可建造性约束对应的第一量子线路，包括：
构造表示可建造性约束中特征叠加的第一酉操作、表示特征配置规则的第二酉操作、预设恒等运算符和投影车辆型号的投影算符，根据所述第一酉操作、所述第二酉操作、所述预设恒等运算符和所述投影算符，获得所述可建造性约束对应的第一量子线路。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一量子线路表示为：
其中，所述Ui为第一量子线路的酉操作形式，所述UH表示第一酉操作，所述UC表示第二酉操作，所述I表示预设恒等运算符，所述|j><j|表示投影算符，所述i表示车辆序号，所述j表示车辆类型的型号，所述t为车辆的类型总数。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一量子线路的初始量子态为：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述构造预设测试条件对应的总哈密顿量及其对应的第二量子线路，包括：
构造预设测试条件对应的总哈密顿量其中，所述wl为第l个预设测试条件testl的权重，所述ψl为所述testl对应的哈密顿量，所述q为预设测试条件test的总数；
根据所述总哈密顿量、相位估计线路以及预设量子逻辑门，构造所述预设测试条件对应的第二量子线路。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
配置用于表示车辆配置变量的第一量子比特，所述第一量子比特的数量为：其中，所述n表示车辆总数，所述m表示车辆的特征总数；
配置用于相位估计的第二量子比特，所述第二量子比特的数量为：所述q为预设测试条件test的总数。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述MAX－SAT问题中，所述预设测试条件test的总数表示为测试权重的总和。
8.一种车辆配置的SAT或MAX－SAT问题的Grover求解装置，其特征在于，所述装置包括：
第一构造模块，用于构造用于车辆生产配置的可建造性约束对应的第一量子线路，作为Grover的初始化叠加线路模块；
第二构造模块，用于构造预设测试条件对应的总哈密顿量及其对应的第二量子线路，作为Grover的相位估计Oracle线路模块；
获得模块，用于基于所述初始化叠加线路模块和所述相位估计Oracle线路模块，获得所述Grover对应的第三量子线路；
确定模块，用于运行并测量所述第三量子线路，根据测量结果确定SAT/MAX－SAT问题对应的车辆配置。
9.一种计算机终端，其特征在于，包括机器可读存储介质和处理器，所述机器可读存储介质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权利要求1－7中任意一项中所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，当所述计算机程序被计算机执行时，实现权利要求1－7中任意一项中所述的方法。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005093649A1 (en) * 2004-03-29 2005-10-06 D-Wave Systems, Inc. Adiabatic quantum computation with superconducting qubits
CN108025911A (zh) * 2015-09-11 2018-05-11 扎卡里·B·沃尔特斯 用于使用量子计算机求解3sat的系统和方法
US20190266213A1 (en) * 2018-02-26 2019-08-29 Microsoft Technology Licensing, Llc Short path quantum procedures for solving combinatorial optimization problems
WO2020151129A1 (zh) * 2019-01-25 2020-07-30 合肥本源量子计算科技有限责任公司 量子机器学习框架构建方法、装置、量子计算机及计算机存储介质
CN112182494A (zh) * 2020-09-27 2021-01-05 中国人民解放军战略支援部队信息工程大学 基于Grover量子计算搜索算法的整数分解优化方法及系统
CN112651508A (zh) * 2020-01-10 2021-04-13 腾讯科技（深圳）有限公司 绝热演化路径的预测方法、装置、设备及存储介质

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005093649A1 (en) * 2004-03-29 2005-10-06 D-Wave Systems, Inc. Adiabatic quantum computation with superconducting qubits
CN108025911A (zh) * 2015-09-11 2018-05-11 扎卡里·B·沃尔特斯 用于使用量子计算机求解3sat的系统和方法
US20190266213A1 (en) * 2018-02-26 2019-08-29 Microsoft Technology Licensing, Llc Short path quantum procedures for solving combinatorial optimization problems
WO2020151129A1 (zh) * 2019-01-25 2020-07-30 合肥本源量子计算科技有限责任公司 量子机器学习框架构建方法、装置、量子计算机及计算机存储介质
CN112651508A (zh) * 2020-01-10 2021-04-13 腾讯科技（深圳）有限公司 绝热演化路径的预测方法、装置、设备及存储介质
CN112182494A (zh) * 2020-09-27 2021-01-05 中国人民解放军战略支援部队信息工程大学 基于Grover量子计算搜索算法的整数分解优化方法及系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王富民;倪明;周明;吴永政;: "量子绝热近似求解最大割问题的最优解", 计算机工程, no. 01, 31 January 2020 (2020-01-31), pages 31 - 36 *

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