CN117131948A - 量子态制备电路生成及量子态制备方法、装置和量子芯片 - Google Patents

量子态制备电路生成及量子态制备方法、装置和量子芯片 Download PDF

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CN117131948A CN202210542256.XA CN202210542256A CN117131948A CN 117131948 A CN117131948 A CN 117131948A CN 202210542256 A CN202210542256 A CN 202210542256A CN 117131948 A CN117131948 A CN 117131948A
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Abstract

本申请涉及一种量子态制备电路生成方法、装置、量子芯片、电子设备、存储介质和计算机程序产品。该方法包括：确定在二叉树限制下的目标量子比特集，将单量子比特翻转门作用于第一目标子节点量子比特上；将双量子比特相位偏移门作用于子节点量子比特之间；将双量子比特互换门作用于第一目标子节点量子比特与第二目标子节点量子比特之间；将子节点量子比特作为根节点量子比特，并迭代执行，直到子节点量子比特为叶子节点量子比特；将在路径限制下的双量子比特相位偏移门作用于叶子节点量子比特之间，并将单量子相位偏移门作用于叶子节点量子比特上，得到量子态制备电路。采用本方法能够有效降低电路深度。

Description

量子态制备电路生成及量子态制备方法、装置和量子芯片
技术领域
本申请涉及量子技术领域，特别是涉及一种量子态制备电路生成及量子态制备方法、装置、量子芯片、电子设备、存储介质和计算机程序产品。
背景技术
随着量子技术的发展，出现了量子态制备技术，将经典数据加载到量子态这一过程，称之为量子态制备。在量子系统中，由于量子的退相干性，如果量子电路深度过大，量子电路会退化为经典电路。在实际量子设备中，量子比特的空间排列或其他原因可能会限制量子比特之间的相互作用。因此在量子态制备电路中，CNOT门(双量子比特门)能够作用的量子比特受到具体物理设备的限制。
目前，在电路限制下直接改进现有量子态制备电路，电路深度会大幅度提高。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够有效降低电路深度的量子态制备电路生成及量子态制备方法、装置、量子芯片、电子设备、存储介质和计算机程序产品。
一方面，本申请提供了一种量子态制备电路生成方法。所述方法包括：
获取单量子比特翻转门、单量子比特相位偏移门、双量子比特互换门和在路径限制下的双量子比特相位偏移门；
确定在二叉树限制下的目标量子比特集，将单量子比特翻转门作用于目标量子比特集中根节点量子比特对应的第一目标子节点量子比特上，得到翻转门子电路；
将双量子比特相位偏移门作用于根节点量子比特对应的子节点量子比特之间，得到相位偏移门子电路；
将双量子比特互换门作用于第一目标子节点量子比特与第二目标子节点量子比特之间，得到互换门子电路，第二目标子节点量子比特是第一目标子节点量子比特的子节点量子比特；
将子节点量子比特作为根节点量子比特，并返回将双量子比特相位偏移门作用于根节点量子比对应的子节点量子比特之间，得到相位偏移门子电路的步骤执行，直到子节点量子比特为叶子节点量子比特；
将在路径限制下的双量子比特相位偏移门作用于目标量子比特集中父节点量子比特对应的叶子节点量子比特之间，得到叶子相位偏移门子电路，并将单量子相位偏移门作用于叶子节点量子比特上，得到单量子比特相位偏移子电路；
将翻转门子电路、相位偏移门子电路、互换门子电路、叶子相位偏移门子电路和单量子比特相位偏移子电路组合成量子态制备电路。
另一方面，本申请还提供了一种量子态制备电路生成装置。所述装置包括：
量子门获取模块，用于获取单量子比特翻转门、单量子比特相位偏移门、双量子比特互换门和在路径限制下的双量子比特相位偏移门；
翻转门作用模块，用于确定在二叉树限制下的目标量子比特集，将单量子比特翻转门作用于目标量子比特集中根节点量子比特对应的第一目标子节点量子比特上，得到翻转门子电路；
相位偏移门作用模块，用于将双量子比特相位偏移门作用于根节点量子比特对应的子节点量子比特之间，得到相位偏移门子电路；
互换门作用模块，用于将双量子比特互换门作用于第一目标子节点量子比特与第二目标子节点量子比特之间，得到互换门子电路，第二目标子节点量子比特是第一目标子节点量子比特的子节点量子比特；
迭代模块，用于将子节点量子比特作为根节点量子比特，并返回将双量子比特相位偏移门作用于根节点量子比对应的子节点量子比特之间，得到相位偏移门子电路的步骤执行，直到子节点量子比特为叶子节点量子比特；
叶子节点作用模块，用于将在路径限制下的双量子比特相位偏移门作用于目标量子比特集中父节点量子比特对应的叶子节点量子比特之间，得到叶子相位偏移门子电路，并将单量子相位偏移门作用于叶子节点量子比特上，得到单量子比特相位偏移子电路；
组合模块，用于将翻转门子电路、相位偏移门子电路、互换门子电路、叶子相位偏移门子电路和单量子比特相位偏移子电路组合成量子态制备电路。
另一方面，本申请还提供了一种量子芯片，包括量子态制备电路，其特征在于，所述量子态制备电路通过量子态制备电路的生成方法实现，所述量子态制备电路的生成方法包括：
获取单量子比特翻转门、单量子比特相位偏移门、双量子比特互换门和在路径限制下的双量子比特相位偏移门；
确定在二叉树限制下的目标量子比特集，将单量子比特翻转门作用于目标量子比特集中根节点量子比特对应的第一目标子节点量子比特上，得到翻转门子电路；
将双量子比特相位偏移门作用于根节点量子比特对应的子节点量子比特之间，得到相位偏移门子电路；
将双量子比特互换门作用于第一目标子节点量子比特与第二目标子节点量子比特之间，得到互换门子电路，第二目标子节点量子比特是第一目标子节点量子比特的子节点量子比特；
将子节点量子比特作为根节点量子比特，并返回将双量子比特相位偏移门作用于根节点量子比对应的子节点量子比特之间，得到相位偏移门子电路的步骤执行，直到子节点量子比特为叶子节点量子比特；
将在路径限制下的双量子比特相位偏移门作用于目标量子比特集中父节点量子比特对应的叶子节点量子比特之间，得到叶子相位偏移门子电路，并将单量子相位偏移门作用于叶子节点量子比特上，得到单量子比特相位偏移子电路；
将翻转门子电路、相位偏移门子电路、互换门子电路、叶子相位偏移门子电路和单量子比特相位偏移子电路组合成量子态制备电路。
另一方面，本申请还提供了一种电子设备。所述电子设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
获取单量子比特翻转门、单量子比特相位偏移门、双量子比特互换门和在路径限制下的双量子比特相位偏移门；
确定在二叉树限制下的目标量子比特集，将单量子比特翻转门作用于目标量子比特集中根节点量子比特对应的第一目标子节点量子比特上，得到翻转门子电路；
将双量子比特相位偏移门作用于根节点量子比特对应的子节点量子比特之间，得到相位偏移门子电路；
将双量子比特互换门作用于第一目标子节点量子比特与第二目标子节点量子比特之间，得到互换门子电路，第二目标子节点量子比特是第一目标子节点量子比特的子节点量子比特；
将子节点量子比特作为根节点量子比特，并返回将双量子比特相位偏移门作用于根节点量子比对应的子节点量子比特之间，得到相位偏移门子电路的步骤执行，直到子节点量子比特为叶子节点量子比特；
将在路径限制下的双量子比特相位偏移门作用于目标量子比特集中父节点量子比特对应的叶子节点量子比特之间，得到叶子相位偏移门子电路，并将单量子相位偏移门作用于叶子节点量子比特上，得到单量子比特相位偏移子电路；
将翻转门子电路、相位偏移门子电路、互换门子电路、叶子相位偏移门子电路和单量子比特相位偏移子电路组合成量子态制备电路。
另一方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质。所述计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
获取单量子比特翻转门、单量子比特相位偏移门、双量子比特互换门和在路径限制下的双量子比特相位偏移门；
确定在二叉树限制下的目标量子比特集，将单量子比特翻转门作用于目标量子比特集中根节点量子比特对应的第一目标子节点量子比特上，得到翻转门子电路；
将双量子比特相位偏移门作用于根节点量子比特对应的子节点量子比特之间，得到相位偏移门子电路；
将双量子比特互换门作用于第一目标子节点量子比特与第二目标子节点量子比特之间，得到互换门子电路，第二目标子节点量子比特是第一目标子节点量子比特的子节点量子比特；
将子节点量子比特作为根节点量子比特，并返回将双量子比特相位偏移门作用于根节点量子比对应的子节点量子比特之间，得到相位偏移门子电路的步骤执行，直到子节点量子比特为叶子节点量子比特；
将在路径限制下的双量子比特相位偏移门作用于目标量子比特集中父节点量子比特对应的叶子节点量子比特之间，得到叶子相位偏移门子电路，并将单量子相位偏移门作用于叶子节点量子比特上，得到单量子比特相位偏移子电路；
将翻转门子电路、相位偏移门子电路、互换门子电路、叶子相位偏移门子电路和单量子比特相位偏移子电路组合成量子态制备电路。
另一方面，本申请还提供了一种计算机程序产品。所述计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
获取单量子比特翻转门、单量子比特相位偏移门、双量子比特互换门和在路径限制下的双量子比特相位偏移门；
确定在二叉树限制下的目标量子比特集，将单量子比特翻转门作用于目标量子比特集中根节点量子比特对应的第一目标子节点量子比特上，得到翻转门子电路；
将双量子比特相位偏移门作用于根节点量子比特对应的子节点量子比特之间，得到相位偏移门子电路；
将双量子比特互换门作用于第一目标子节点量子比特与第二目标子节点量子比特之间，得到互换门子电路，第二目标子节点量子比特是第一目标子节点量子比特的子节点量子比特；
将子节点量子比特作为根节点量子比特，并返回将双量子比特相位偏移门作用于根节点量子比对应的子节点量子比特之间，得到相位偏移门子电路的步骤执行，直到子节点量子比特为叶子节点量子比特；
将在路径限制下的双量子比特相位偏移门作用于目标量子比特集中父节点量子比特对应的叶子节点量子比特之间，得到叶子相位偏移门子电路，并将单量子相位偏移门作用于叶子节点量子比特上，得到单量子比特相位偏移子电路；
将翻转门子电路、相位偏移门子电路、互换门子电路、叶子相位偏移门子电路和单量子比特相位偏移子电路组合成量子态制备电路。
上述量子态制备电路生成方法、装置、量子芯片、电子设备、存储介质和计算机程序产品，通过确定在二叉树限制下的目标量子比特集，将单量子比特翻转门作用于目标量子比特集中根节点量子比特对应的第一目标子节点量子比特上，得到翻转门子电路；将双量子比特相位偏移门作用于根节点量子比特对应的子节点量子比特之间，得到相位偏移门子电路；将双量子比特互换门作用于第一目标子节点量子比特与第二目标子节点量子比特之间，得到互换门子电路，第二目标子节点量子比特是第一目标子节点量子比特的子节点量子比特；将子节点量子比特作为根节点量子比特，并返回将双量子比特相位偏移门作用于根节点量子比对应的子节点量子比特之间，得到相位偏移门子电路的步骤执行，直到子节点量子比特为叶子节点量子比特；将在路径限制下的双量子比特相位偏移门作用于目标量子比特集中父节点量子比特对应的叶子节点量子比特之间，得到叶子相位偏移门子电路，并将单量子相位偏移门作用于叶子节点量子比特上，得到单量子比特相位偏移子电路；将翻转门子电路、相位偏移门子电路、互换门子电路、叶子相位偏移门子电路和单量子比特相位偏移子电路组合成量子态制备电路，从而可以有效降低量子态制备电路的电路深度，进而可以有效降低量子态制备的时间，提高了量子计算的运行效率。
一方面，本申请提供了一种量子态制备方法。所述方法包括：
获取目标数据向量，基于目标数据向量获取目标单量子比特翻转门、目标单量子比特相位偏移门、目标双量子比特互换门和在路径限制下的目标双量子比特相位偏移门；
确定在二叉树限制下的目标量子比特集，将目标单量子比特翻转门作用于目标量子比特集中根节点量子比特对应的第一目标子节点量子比特上，得到目标翻转门子电路；
将目标双量子比特相位偏移门作用于根节点量子比特对应的子节点量子比特之间，得到目标相位偏移门子电路；
将目标双量子比特互换门作用于第一目标子节点量子比特与第二目标子节点量子比特之间，得到目标互换门子电路，第二目标子节点量子比特是第一目标子节点量子比特的子节点量子比特；
将子节点量子比特作为根节点量子比特，并返回将目标双量子比特相位偏移门作用于根节点量子比对应的子节点量子比特之间，得到目标相位偏移门子电路的步骤执行，直到子节点量子比特为叶子节点量子比特；
将在路径限制下的目标双量子比特相位偏移门作用于目标量子比特集中父节点量子比特对应的叶子节点量子比特之间，得到目标叶子相位偏移门子电路，并将目标单量子相位偏移门作用于叶子节点量子比特上，得到目标单量子比特相位偏移子电路；
将目标翻转门子电路、目标相位偏移门子电路、目标互换门子电路、目标叶子相位偏移门子电路和目标单量子比特相位偏移子电路组合成目标数据向量对应的目标量子态制备电路；
将预设初始量子态输入到目标量子态制备电路中进行量子态制备，得到目标数据向量对应的量子态。
另一方面，本申请还提供了一种量子态制备装置。所述装置包括：
目标量子门获取模块，用于获取目标数据向量，基于目标数据向量获取目标单量子比特翻转门、目标单量子比特相位偏移门、目标双量子比特互换门和在路径限制下的目标双量子比特相位偏移门；
目标翻转门作用模块，用于确定在二叉树限制下的目标量子比特集，将目标单量子比特翻转门作用于目标量子比特集中根节点量子比特对应的第一目标子节点量子比特上，得到目标翻转门子电路；
目标相位偏移门作用模块，用于将目标双量子比特相位偏移门作用于根节点量子比特对应的子节点量子比特之间，得到目标相位偏移门子电路；
目标互换门作用模块，用于将目标双量子比特互换门作用于第一目标子节点量子比特与第二目标子节点量子比特之间，得到目标互换门子电路，第二目标子节点量子比特是第一目标子节点量子比特的子节点量子比特；
目标迭代模块，用于将子节点量子比特作为根节点量子比特，并返回将目标双量子比特相位偏移门作用于根节点量子比对应的子节点量子比特之间，得到目标相位偏移门子电路的步骤执行，直到子节点量子比特为叶子节点量子比特；
目标叶子节点作用模块，用于目标叶子节点作用模块，用于将在路径限制下的目标双量子比特相位偏移门作用于目标量子比特集中父节点量子比特对应的叶子节点量子比特之间，得到目标叶子相位偏移门子电路，并将目标单量子相位偏移门作用于叶子节点量子比特上，得到目标单量子比特相位偏移子电路；
目标组合模块，用于将目标翻转门子电路、目标相位偏移门子电路、目标互换门子电路、目标叶子相位偏移门子电路和目标单量子比特相位偏移子电路组合成目标数据向量对应的目标量子态制备电路；
制备模块，用于将预设初始量子态输入到目标量子态制备电路中进行量子态制备，得到目标数据向量对应的量子态。
另一方面，本申请还提供了一种量子芯片，包括量子态制备电路，其特征在于，所述量子态制备电路通过量子态制备电路的生成方法实现，所述量子态制备电路的生成方法包括：
获取目标数据向量，基于目标数据向量获取目标单量子比特翻转门、目标单量子比特相位偏移门、目标双量子比特互换门和在路径限制下的目标双量子比特相位偏移门；
确定在二叉树限制下的目标量子比特集，将目标单量子比特翻转门作用于目标量子比特集中根节点量子比特对应的第一目标子节点量子比特上，得到目标翻转门子电路；
将目标双量子比特相位偏移门作用于根节点量子比特对应的子节点量子比特之间，得到目标相位偏移门子电路；
将目标双量子比特互换门作用于第一目标子节点量子比特与第二目标子节点量子比特之间，得到目标互换门子电路，第二目标子节点量子比特是第一目标子节点量子比特的子节点量子比特；
将子节点量子比特作为根节点量子比特，并返回将目标双量子比特相位偏移门作用于根节点量子比对应的子节点量子比特之间，得到目标相位偏移门子电路的步骤执行，直到子节点量子比特为叶子节点量子比特；
将在路径限制下的目标双量子比特相位偏移门作用于目标量子比特集中父节点量子比特对应的叶子节点量子比特之间，得到目标叶子相位偏移门子电路，并将目标单量子相位偏移门作用于叶子节点量子比特上，得到目标单量子比特相位偏移子电路；
将目标翻转门子电路、目标相位偏移门子电路、目标互换门子电路、目标叶子相位偏移门子电路和目标单量子比特相位偏移子电路组合成目标数据向量对应的目标量子态制备电路；
将预设初始量子态输入到目标量子态制备电路中进行量子态制备，得到目标数据向量对应的量子态。
另一方面，本申请还提供了一种电子设备。所述电子设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
获取目标数据向量，基于目标数据向量获取目标单量子比特翻转门、目标单量子比特相位偏移门、目标双量子比特互换门和在路径限制下的目标双量子比特相位偏移门；
确定在二叉树限制下的目标量子比特集，将目标单量子比特翻转门作用于目标量子比特集中根节点量子比特对应的第一目标子节点量子比特上，得到目标翻转门子电路；
将目标双量子比特相位偏移门作用于根节点量子比特对应的子节点量子比特之间，得到目标相位偏移门子电路；
将目标双量子比特互换门作用于第一目标子节点量子比特与第二目标子节点量子比特之间，得到目标互换门子电路，第二目标子节点量子比特是第一目标子节点量子比特的子节点量子比特；
将子节点量子比特作为根节点量子比特，并返回将目标双量子比特相位偏移门作用于根节点量子比对应的子节点量子比特之间，得到目标相位偏移门子电路的步骤执行，直到子节点量子比特为叶子节点量子比特；
将在路径限制下的目标双量子比特相位偏移门作用于目标量子比特集中父节点量子比特对应的叶子节点量子比特之间，得到目标叶子相位偏移门子电路，并将目标单量子相位偏移门作用于叶子节点量子比特上，得到目标单量子比特相位偏移子电路；
将目标翻转门子电路、目标相位偏移门子电路、目标互换门子电路、目标叶子相位偏移门子电路和目标单量子比特相位偏移子电路组合成目标数据向量对应的目标量子态制备电路；
将预设初始量子态输入到目标量子态制备电路中进行量子态制备，得到目标数据向量对应的量子态。
另一方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质。所述计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
获取目标数据向量，基于目标数据向量获取目标单量子比特翻转门、目标单量子比特相位偏移门、目标双量子比特互换门和在路径限制下的目标双量子比特相位偏移门；
确定在二叉树限制下的目标量子比特集，将目标单量子比特翻转门作用于目标量子比特集中根节点量子比特对应的第一目标子节点量子比特上，得到目标翻转门子电路；
将目标双量子比特相位偏移门作用于根节点量子比特对应的子节点量子比特之间，得到目标相位偏移门子电路；
将目标双量子比特互换门作用于第一目标子节点量子比特与第二目标子节点量子比特之间，得到目标互换门子电路，第二目标子节点量子比特是第一目标子节点量子比特的子节点量子比特；
将子节点量子比特作为根节点量子比特，并返回将目标双量子比特相位偏移门作用于根节点量子比对应的子节点量子比特之间，得到目标相位偏移门子电路的步骤执行，直到子节点量子比特为叶子节点量子比特；
将在路径限制下的目标双量子比特相位偏移门作用于目标量子比特集中父节点量子比特对应的叶子节点量子比特之间，得到目标叶子相位偏移门子电路，并将目标单量子相位偏移门作用于叶子节点量子比特上，得到目标单量子比特相位偏移子电路；
将目标翻转门子电路、目标相位偏移门子电路、目标互换门子电路、目标叶子相位偏移门子电路和目标单量子比特相位偏移子电路组合成目标数据向量对应的目标量子态制备电路；
将预设初始量子态输入到目标量子态制备电路中进行量子态制备，得到目标数据向量对应的量子态。
另一方面，本申请还提供了一种计算机程序产品。所述计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
获取目标数据向量，基于目标数据向量获取目标单量子比特翻转门、目标单量子比特相位偏移门、目标双量子比特互换门和在路径限制下的目标双量子比特相位偏移门；
确定在二叉树限制下的目标量子比特集，将目标单量子比特翻转门作用于目标量子比特集中根节点量子比特对应的第一目标子节点量子比特上，得到目标翻转门子电路；
将目标双量子比特相位偏移门作用于根节点量子比特对应的子节点量子比特之间，得到目标相位偏移门子电路；
将目标双量子比特互换门作用于第一目标子节点量子比特与第二目标子节点量子比特之间，得到目标互换门子电路，第二目标子节点量子比特是第一目标子节点量子比特的子节点量子比特；
将子节点量子比特作为根节点量子比特，并返回将目标双量子比特相位偏移门作用于根节点量子比对应的子节点量子比特之间，得到目标相位偏移门子电路的步骤执行，直到子节点量子比特为叶子节点量子比特；
将在路径限制下的目标双量子比特相位偏移门作用于目标量子比特集中父节点量子比特对应的叶子节点量子比特之间，得到目标叶子相位偏移门子电路，并将目标单量子相位偏移门作用于叶子节点量子比特上，得到目标单量子比特相位偏移子电路；
将目标翻转门子电路、目标相位偏移门子电路、目标互换门子电路、目标叶子相位偏移门子电路和目标单量子比特相位偏移子电路组合成目标数据向量对应的目标量子态制备电路；
将预设初始量子态输入到目标量子态制备电路中进行量子态制备，得到目标数据向量对应的量子态。
上述量子态制备方法、装置、量子芯片、电子设备、存储介质和计算机程序产品，通过获取目标数据向量对应的目标单量子比特翻转门、目标单量子比特相位偏移门、目标双量子比特互换门和在路径限制下的目标双量子比特相位偏移门，然后使用目标单量子比特翻转门、目标单量子比特相位偏移门、目标双量子比特互换门和在路径限制下的目标双量子比特相位偏移门来生成目标数据向量对应的目标量子态制备电路，从而可以有效降低量子态制备电路的电路深度，然后将预设初始量子态输入到目标量子态制备电路中进行量子态制备，得到目标数据向量对应的量子态，进而可以有效降低量子态制备的时间，提高了量子计算的运行效率，从而提高了量子态的制备效率。
附图说明
图1为一个实施例中量子态制备电路生成方法的应用环境图；
图2为一个实施例中量子电路的二叉树限制的示意图；
图3为一个实施例中n-量子比特电路的n-路径限制的示意图；
图4为一个实施例中双量子比特互换门SWAPj i的电路实现示意图；
图5为一个实施例中双量子比特旋转门的电路实现示意图；
图6为一个实施例中CNOT门在路径限制下的电路实现示意图；
图7为一个实施例中量子态制备电路生成方法的流程示意图；
图8为一个实施例中生成三个量子比特的量子态制备电路的流程示意图；
图9为一个实施例中得到目标数据向量对应的量子态的流程示意图；
图10为一个实施例中量子推荐的流程示意图；
图11为一个实施例中量子态制备方法的流程示意图；
图12为一个具体实施例中生成量子态制备电路的示意图；
图13为一个实施例中量子态制备电路生成装置的结构框图；
图14为一个实施例中量子态制备装置的结构框图；
图15为一个实施例中电子设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请实施例提供的量子态制备电路的生成方法，可以应用于如图1所示的应用环境中。其中，电子设备102通过网络与量子芯片104进行通信。数据存储系统可以存储电子设备102需要处理的数据。数据存储系统可以集成在电子设备102上，也可以放在云上或其他网络服务器上。电子设备102可用于生成量子态制备电路1042，电子设备102获取单量子比特翻转门、单量子比特相位偏移门、双量子比特互换门和在路径限制下的双量子比特相位偏移门；电子设备102确定在二叉树限制下的目标量子比特集，将单量子比特翻转门作用于目标量子比特集中根节点量子比特对应的第一目标子节点量子比特上，得到翻转门子电路；电子设备102将双量子比特相位偏移门作用于根节点量子比特对应的子节点量子比特之间，得到相位偏移门子电路；电子设备102将双量子比特互换门作用于第一目标子节点量子比特与第二目标子节点量子比特之间，得到互换门子电路，第二目标子节点量子比特是第一目标子节点量子比特的子节点量子比特；电子设备102将子节点量子比特作为根节点量子比特，并返回将双量子比特相位偏移门作用于根节点量子比对应的子节点量子比特之间，得到相位偏移门子电路的步骤执行，直到子节点量子比特为叶子节点量子比特；电子设备102将在路径限制下的双量子比特相位偏移门作用于目标量子比特集中父节点量子比特对应的叶子节点量子比特之间，得到叶子相位偏移门子电路，并将单量子相位偏移门作用于叶子节点量子比特上，得到单量子比特相位偏移子电路；电子设备102将翻转门子电路、相位偏移门子电路、互换门子电路、叶子相位偏移门子电路和单量子比特相位偏移子电路组合成量子态制备电路1042。根据量子态制备电路1042最终可制作出量子芯片104。
其中，电子设备102可以是用于制作量子态制备电路1042的工业化智能设备，如光刻设备、机器臂以及工业生产所需的其它设备。利用量子态制备电路1042制作出量子芯片104后，该量子芯片104可以集成于各种智能终端上，包括：智能手机、平板电脑、笔记本电脑、台式计算机、智能音箱、智能手表、物联网设备和便携式可穿戴设备，物联网设备可为智能音箱、智能电视、智能空调和智能车载设备等。便携式可穿戴设备可为智能手表、智能手环、头戴设备等。
对本申请实施例进行进一步详细说明之前，对本申请实施例中涉及的名词、术语、符号、涉及的参数和基本量子门进行说明，本申请实施例中涉及的名词和术语适用于如下的解释：
(1)量子计算(Quantum Computation)：利用量子态的叠加和纠缠等性质快速完成计算任务的一种计算方式。
(2)量子比特(Qubit)：量子信息的承载形式。
(3)量子电路(Quantum Circuit)：一种量子计算模型，由一系列量子门序列组成，并由量子门完成计算。
(4)量子芯片(superconducting quantum chip)：量子计算机的中央处理器。该量子计算机是利用量子力学的叠加原理和量子纠缠来进行计算的一种机器，具有较强的并行处理能力，可以解决一些经典计算机难以计算的问题。
(5)本申请涉及的基本符号：[n]0表示集合{0,1,…,n}。表示二元域。∈表示空串。对于任意x∈{0,1}n，ex表示标号为x的元素为1，其它元素为0的向量。对于任意的量子比特标号i，|ψ>i表示量子态|ψ>是在量子比特i上的量子态。
(6)本申请涉及的基本量子门：为了更好地描述二叉树限制下量子电路的结构，本申请首先引入一些基本的量子门。
单比特量子翻转门X定义为：|0>→|1>,|1>→|0>。
对于任意实数单比特量子门R(θ)和Ry(θ)分别被定义为：
R(θ):|0>→|0>,|1>→eiθ|1>,
Ry(θ):|0>→cos(θ/2)|0>+sin(θ/2)|1>,|1>→-sin(θ/2)|0>+cos(θ/2)|1>。
作用在量子比特i和j上的双量子比特旋转(相位偏移)门(绕y轴旋转(相位偏移))被定义为：
|0>i|0>j→|0>i|0>j,
|1>i|0>j→cos(θ/2)|1>i|0>j+sin(θ/2)|0>i|1>j,
|0>i|1>j→-sin(θ/2)|1>i|0>j+cos(θ/2)|0>i|1>j,
|1>i|1>j→|1>i|1>j。
作用在量子比特i和j上的CNOT(可控非门)门被定义为：
|0>i|0>j→|0>i|0>j,|0>i|1>j→|0>i|1>j,|1>i|0>j→|1>i|1>j,|1>i|1>j→|1>i|0>j。
作用在量子比特i和j上的互换门被定义为：
(7)二叉树限制：如果CNOT门仅允许作用在相邻两个量子比特上，那么则称该电路在二叉树限制下。图2表示量子电路的二叉树限制，顶点分别表示2n-1个量子比特。如果在二叉树中，两个量子比特被一条边相连，则CNOT门可作用在这两个量子比特上。
(8)n-路径限制：如果在n-量子比特电路中，CNOT门仅允许作用在相邻两个量子比特上，那么则称该电路在n-路径限制下。图3表示n-量子比特电路的n-路径限制，顶点R1,R2,…,Rn分别表示n个量子比特。如果两个量子比特被一条边相连，则CNOT门可作用在这两个量子比特上。
(9)本申请先说明四个子电路的实现：
1、双量子比特互换门的电路实现如图4所示；
2、双量子比特旋转(相位偏移)门的电路实现如图5所示；
3、CNOT门在路径限制下的电路实现：在路径限制下，/>可以被深度和大小均为O(|i-j|)的CNOT电路实现，如图6所示；
4、在路径限制下的双量子比特旋转门的电路实现：结合双量子比特旋转门/>的电路实现(图5)和CNOT门/>在路径限制下的电路实现(图6)可知，在路径限制下/>可被深度为O(|i-j|)的量子电路实现。
在一个实施例中，如图7所示，提供了一种量子态制备电路生成方法，以该方法应用于图1中的电子设备为例进行说明，包括以下步骤：
步骤702，获取单量子比特翻转门、单量子比特相位偏移门、双量子比特互换门和在路径限制下的双量子比特相位偏移门。
其中，单量子比特翻转门用于将量子比特进行翻转。单量子比特相位偏移门用于将量子比特进行相位偏移。双量子比特互换门用于将双量子比特进行互换。双量子比特相位偏移门用于将双量子比特进行相位偏移
具体地，电子设备获取到初始向量，根据初始向量来确定单量子比特翻转门、单量子比特相位偏移门、双量子比特互换门和在路径限制下的双量子比特相位偏移门。该初始向量是初始的经典数据的向量，可以是预先设置好的。电子设备也可以直接从数据库中获取到单量子比特翻转门、单量子比特相位偏移门、双量子比特互换门和在路径限制下的双量子比特相位偏移门。电子设备还可以获取到终端上传的单量子比特翻转门、单量子比特相位偏移门、双量子比特互换门和在路径限制下的双量子比特相位偏移门。
步骤704，确定在二叉树限制下的目标量子比特集，将单量子比特翻转门作用于目标量子比特集中根节点量子比特对应的第一目标子节点量子比特上，得到翻转门子电路。
其中，二叉树限制下的目标量子比特集是指该目标量子比特集中的量子比特以二叉树的形式进行排列，且CNOT门仅允许作用在相邻两个量子比特上的量子比特的集合。根节点量子比特是指二叉树中根节点位置的量子比特。第一目标子节点量子比特是指根节点量子比特对应的目标子节点位置的量子比特，该目标子节点位置可以是左子节点位置，也可以是右字节的位置。翻转门子电路是指将单量子比特翻转门作用于第一目标子节点量子比特上得到的量子电路。
具体地，电子设备获取到各个量子比特，使用各个量子比特确定在二叉树限制下的目标量子比特集。然后将单量子比特翻转门作用于目标量子比特集中根节点量子比特对应的第一目标子节点量子比特上，得到翻转门子电路，即在目标量子比特集中根节点量子比特对应的第一目标子节点量子比特上实现单量子比特翻转门。
步骤706，将双量子比特相位偏移门作用于根节点量子比特对应的子节点量子比特之间，得到相位偏移门子电路。
其中，子节点量子比特之间是指左子节点位置所在的量子比特和右子节点位置所在的量子比特之间。相位偏移门子电路是指将双量子比特相位偏移门作用于根节点量子比特的左子节点位置所在的量子比特和右子节点位置所在的量子比特之间得到的量子电路。
具体地，电子设备将在路径限制下的双量子比特相位偏移门作用于根节点量子比特对应的子节点量子比特之间，得到相位偏移门子电路，即在左子节点位置所在的量子比特和右子节点位置所在的量子比特之间实现双量子比特相位偏移门。
步骤708，将双量子比特互换门作用于第一目标子节点量子比特与第二目标子节点量子比特之间，得到互换门子电路，第二目标子节点量子比特是第一目标子节点量子比特的子节点量子比特。
其中，第二目标子节点量子比特是第一目标子节点量子比特的子节点量子比特。第二目标子节点量子比特是指第一目标子节点量子比特作为父节点量子比特时对应的目标子节点位置的量子比特，该目标子节点位置可以是左子节点位置，也可以是右字节的位置。互换门子电路是指将双量子比特互换门作用第一目标子节点量子比特与第二目标子节点量子比特之间得到的量子电路。
具体地，电子设备将双量子比特互换门作用于第一目标子节点量子比特与第二目标子节点量子比特之间，得到互换门子电路，即电子设备在第一目标子节点量子比特与第二目标子节点量子比特之间实现双量子比特互换门。
在一个实施例中，当第一目标子节点量子比特为根节点量子比特对应的左子节点位置的量子比特时，第二目标子节点量子比特为第一目标子节点量子比特对应的左子节点位置的量子比特。当第一目标子节点量子比特为根节点量子比特对应的右子节点位置的量子比特时，第二目标子节点量子比特为第一目标子节点量子比特对应的右子节点位置的量子比特。
步骤710，将子节点量子比特作为根节点量子比特，并返回将双量子比特相位偏移门作用于根节点量子比对应的子节点量子比特之间，得到相位偏移门子电路的步骤执行，直到子节点量子比特为叶子节点量子比特。
其中，叶子节点量子比特是指二叉树中叶子节点位置的量子比特。
具体地，电子设备在得到互换门子电路后，判断子节点量子比特是否为叶子节点量子比特，当子节点量子比特不是叶子节点量子比特时，将子节点量子比特作为根节点量子比特，并返回将双量子比特相位偏移门作用于根节点量子比对应的子节点量子比特之间，得到相位偏移门子电路的步骤执行，即电子设备执行迭代，将子节点量子比特作为父节点量子比特，然后再将双量子比特相位偏移门作用于父节点量子比特的两个子节点量子比特之间，得到相位偏移门子电路，直到子节点量子比特为叶子节点量子比特，迭代完成，此时就得到了各个相位偏移门子电路和各个互换门子电路。
步骤712，将在路径限制下的双量子比特相位偏移门作用于目标量子比特集中父节点量子比特对应的叶子节点量子比特之间，得到叶子相位偏移门子电路，并将单量子相位偏移门作用于叶子节点量子比特上，得到单量子比特相位偏移子电路。
其中，父节点量子比特是指叶子节点位置对应的父节点位置的量子比特。叶子相位偏移门子电路是指父节点量子比特对应的叶子节点量子比特之间作用在路径限制下的双量子比特相位偏移门得到的量子电路。单量子比特相位偏移子电路是指将单量子相位偏移门作用于叶子节点量子比特上得到的量子电路。
具体地，电子设备再判断子节点量子比特为叶子节点量子比特，此时，迭代完成，然后再对叶子节点量子比特进行处理，即将在路径限制下的双量子比特相位偏移门作用于目标量子比特集中父节点量子比特对应的叶子节点量子比特之间，得到叶子相位偏移门子电路，并将单量子相位偏移门作用于叶子节点量子比特上，得到单量子比特相位偏移子电路。
步骤714，将翻转门子电路、相位偏移门子电路、互换门子电路、叶子相位偏移门子电路和单量子比特相位偏移子电路组合成量子态制备电路。
其中，量子态制备电路是指生成的初始向量对应的量子态制备电路。当需要生成其他经典数据向量的量子态制备电路，使用其他经典数据向量对量子态制备电路中的参数进行更新，就得到其他经典数据向量对应的量子态制备电路。
具体地，电子设备将翻转门子电路、相位偏移门子电路、互换门子电路、叶子相位偏移门子电路和单量子比特相位偏移子电路进行组合，得到量子态制备电路。
上述量子态制备电路生成方法，通过确定在二叉树限制下的目标量子比特集，将单量子比特翻转门作用于目标量子比特集中根节点量子比特对应的第一目标子节点量子比特上，得到翻转门子电路；将双量子比特相位偏移门作用于根节点量子比特对应的子节点量子比特之间，得到相位偏移门子电路；将双量子比特互换门作用于第一目标子节点量子比特与第二目标子节点量子比特之间，得到互换门子电路，第二目标子节点量子比特是第一目标子节点量子比特的子节点量子比特；将子节点量子比特作为根节点量子比特，并返回将双量子比特相位偏移门作用于根节点量子比对应的子节点量子比特之间，得到相位偏移门子电路的步骤执行，直到子节点量子比特为叶子节点量子比特；将在路径限制下的双量子比特相位偏移门作用于目标量子比特集中父节点量子比特对应的叶子节点量子比特之间，得到叶子相位偏移门子电路，并将单量子相位偏移门作用于叶子节点量子比特上，得到单量子比特相位偏移子电路；将翻转门子电路、相位偏移门子电路、互换门子电路、叶子相位偏移门子电路和单量子比特相位偏移子电路组合成量子态制备电路，从而可以有效降低量子态制备电路的电路深度，进而可以有效降低量子态制备的时间，提高了量子计算的运行效率。
在一个实施例中，步骤702，即获取双量子比特互换门和在路径限制下的双量子比特相位偏移门，包括：
获取单量子比特门和在路径限制下的可控非门；基于单量子比特门和在路径限制下的可控非门组合成双量子比特互换门和在路径限制下的双量子比特相位偏移门。
其中，单量子比特门是指针对一个量子比特进行操作的量子门，包括但不限于单比特量子翻转门、单比特量子相位偏移等。在路径限制下的可控非门是指在路径限制下的CNOT门。
具体地，电子设备可以从数据库中获取到单量子比特门和在路径限制下的可控非门，然后将单量子比特门和在路径限制下的可控非门进行组合，得到双量子比特互换门和在路径限制下的双量子比特相位偏移门。
在一个实施例中，目标量子比特集中的量子比特数量为2n+1-1，n为大于等于1的正整数。具体地，电子设备获取到2n-量子比特，然后根据2n-量子比特获取到辅助量子比特，然后根据2n-量子比特和辅助量子比特得到在二叉树限制下的2n+1-1个量子比特，即得到目标量子比特集，然后通过目标量子比特集生成的2n-量子态制备电路可以制备2n-量子比特量子态|ψv>。
在一个实施例中，如图8所示，量子态制备电路生成方法还包括：
步骤802，当n为1时，确定在二叉树限制下的三个量子比特；
步骤804，将单量子比特翻转门作用于三个量子比特中根节点量子比特对应的第一目标叶子节点量子比特上，得到翻转门子电路；
步骤806，将双量子比特相位偏移门作用于根节点量子比特对应的叶子节点量子比特之间，得到相位偏移门子电路；
步骤808，将单量子相位偏移门作用于叶子节点量子比特上，得到单量子比特相位偏移子电路；
步骤810，将翻转门子电路、相位偏移门子电路和单量子比特相位偏移子电路组合成三个量子比特对应的量子态制备电路。
具体地，当n为1时，说明要生成2量子比特电路制备2量子比特量子态，此时，电子设备获取到1个辅助量子比特和2个量子比特，确定在二叉树限制下的三个量子比特。然后电子设备将单量子比特翻转门作用于三个量子比特中根节点量子比特对应的第一目标叶子节点量子比特上，得到翻转门子电路。此时判断子节点量子比特已经是叶子节点量子比特，则直接对叶子节点量子比特进行处理，即将双量子比特相位偏移门作用于根节点量子比特对应的叶子节点量子比特之间，得到相位偏移门子电路。再将单量子相位偏移门作用于叶子节点量子比特上，得到单量子比特相位偏移子电路。最后将翻转门子电路、相位偏移门子电路和单量子比特相位偏移子电路进行组合，得到n＝1时的量子态制备电路。当n大于1时，通过使用双量子比特互换门作用于父节点量子比特和子节点量子比特之间，然后再将进行双量子比特相位偏移门作用于父节点量子比特对应的子节点量子比特之间，再不断进行循环迭代，最终，得到量子态制备电路。
在一个实施例中，翻转门子电路的电路深度为1；相位偏移门子电路的电路深度为O(1)；互换门子电路的电路深度为3；叶子相位偏移门子电路的电路深度为O(1)；单量子比特相位偏移子电路的电路深度为1；该方法还包括：
基于翻转门子电路、相位偏移门子电路、互换门子电路、叶子相位偏移门子电路和单量子比特相位偏移子电路分别对应的电路深度，确定量子态制备电路的电路深度；其中，电路深度为O(n)。
具体地，翻转门子电路中仅包含一个单量子比特翻转门，则该电路深度为1。在长度为3的路径限制下，相位偏移门子电路的电路深度为O(1)，该长度为3是指根节点量子比特和两个子节点量子比特形成的路径长度为3。根据互换门的电路实现可知，互换门子电路的电路深度为3。因为在二叉树限制下，则根节点量子比特和两个子节点量子比特形成的路径限制均不相交，因此，所右的双量子比特相位偏移门可以并行实现，深度仍然为O(1)。单量子比特相位偏移子电路由作用在不同量子比特的单量子比特门构成，因此电路深度为1。则最终得到量子态制备电路的电路深度为O(n)。即本申请中生成的在二叉树限制下的一进制编码的量子态制备电路的深度为线性深度。本申请通过在仅允许CNOT门作用在二叉树中有连边的两个量子比特上，即电路在二叉树限制下时，任意一进制编码的2n-量子比特量子态|ψv>可以被电路深度为O(n)的2n-量子比特电路制备。在本申请中，量子电路中仅允许使用任意单比特量子门和CNOT门。即本申请生成的量子态制备电路明显降低了电路深度。
在一个实施例中，第一目标子节点量子比特包括第一左子节点量子比特，第二目标子节点量子比特包括第二左子节点量子比特；
步骤704，将单量子比特翻转门作用于目标量子比特集中根节点量子比特对应的第一目标子节点量子比特上，得到翻转门子电路，包括步骤：
将单量子比特翻转门作用于目标量子比特集中根节点量子比特对应的第一左子节点量子比特上，得到翻转门子电路。
其中，第一左子节点量子比特是指根节点量子比特对应的子节点中左节点位置的量子比特。
具体地，电子设备可以将单量子比特翻转门作用第一左子节点量子比特上，得到翻转门子电路。
步骤708，将双量子比特互换门作用于第一目标子节点量子比特与第二目标子节点量子比特之间，得到互换门子电路，包括步骤：
将双量子比特互换门作用于第一左子节点量子比特与第二左子节点量子比特之间，得到互换门子电路。
其中，第二左子节点量子比特是指第一左子节点量子比特对应的子节点中左节点位置的量子比特。
具体地，电子设备可以将双量子比特互换门作用于第一左子节点量子比特与第二左子节点量子比特之间，得到互换门子电路。
在一个实施例中，第一目标子节点量子比特包括第一右子节点量子比特，第二目标子节点量子比特包括第二右子节点量子比特；
步骤704，将单量子比特翻转门作用于目标量子比特集中根节点量子比特对应的第一目标子节点量子比特上，得到翻转门子电路，包括：
将单量子比特翻转门作用于目标量子比特集中根节点量子比特对应的第一右子节点量子比特上，得到翻转门子电路。
其中，第一右子节点量子比特是指根节点量子比特对应的子节点中右节点位置的量子比特。
具体地，电子设备可以将单量子比特翻转门作用第一右子节点量子比特上，得到翻转门子电路。
步骤708，将双量子比特互换门作用于第一目标子节点量子比特与第二目标子节点量子比特之间，得到互换门子电路，包括：
将双量子比特互换门作用于第一右子节点量子比特与第二右子节点量子比特之间，得到互换门子电路。
其中，第二右子节点量子比特是指第一右子节点量子比特对应的子节点中右节点位置的量子比特。
具体地，电子设备将双量子比特互换门作用于目标子节点量子比特上时，需要将双量子比特互换门作用于与目标子节点量子比特相同位置的子节点量子比特之间，保证得到的互换门子电路的正确性。
在上述实施例中，电子设备将单量子比特翻转门作用在子节点的量子比特时，将双量子比特互换门作用于同向节点的量子比特之间，
在一个具体的实施例中，二叉树限制下的一进制编码量子态制备问题的具体定义如下：给定任意满足‖v‖2＝1的复向量给定初始态/>制备2n比特的量子态
其中ex表示标号为x的比特值为1，其它位置值为0。并且电路中的CNOT门仅能作用在两个在二叉树中有边的两个比特上。
在二叉树限制下的一进制编码量子态制备电路的构造说明如下：
首先对二叉树限制下的2n+1-1个量子比特进行编号：
1、二叉树根节点上的量子比特标记为q∈，其中∈表示空串。此时二叉树的根节点在树第0层。
2、对于任意0≤k≤n-1且x∈{0,1}k，在二叉树第k层上，量子比特qx的左子节点标记为qx0，右子节点标记为qx1。
上述所有量子比特的初始状态均为|0>。任意一进制量子态可以如下所示：
其中且/>对于0≤k≤n-1且z∈{0,1}k，定义/>
然后生成在二叉树限制下的一进制编码量子态制备电路。构造过程如下所示：
步骤0：
在量子比特q0上作用单比特量子门X。
步骤1：
步骤1.1，在路径q0-q∈-q1限制下作用其中cos(2α∈)＝v0且sin(2α∈)＝v1。
步骤1.2，在q0和q00上作用交换门在q1和q10上作用交换门/>
步骤2：
步骤2.1，在路径q00-q0-q01限制下作用其中cos(2α0)＝v00/v0且sin(2α0)＝v01/v0。在路径q10-q1-q11限制下作用/>其中cos(2α1)＝v10/v1且sin(2α1)＝v11/v1。
步骤2.2，在q00和q000上作用交换门在q01和q010上作用交换门在q10和q100上作用交换门/>在q11和q110上作用交换门/>
步骤j(2≤j≤n-1)：
步骤j.1,对于所有z∈{0,1}j-1，在路径qz0-qz-qz1限制下作用其中cos(2αz)＝vz0/vz且sin(2αz)＝vz1/vz。
步骤j.2对于所有z∈{0,1}j-1，在qz0和qz00上作用交换门在qz1和qz10上作用交换门/>
步骤n：
步骤n.1对于所有z∈{0,1}n-1，在路径qz0-qz-qz1限制下作用其中cos(2αz)＝vz0/vz且sin(2αz)＝vz1/vz。
步骤n.2对于所有的x∈{0,1}n，在qx上作用R(θx)。
上述在二叉树限制下的一进制编码量子态制备电路构造的正确性说明。按照上构造可知：
最终得到一进制编码的量子态，因此该量子电路的正确性得到保证。
上述在二叉树限制下的一进制编码量子态制备电路构造的电路深度说明：
1、步骤0：仅包含一个X门，电路深度为1。
2、步骤1：由本申请中四个子电路的实现中双比特旋转门在路径限制下的电路实现可知，步骤1.1在长度为3的路径限制下，可由深度为O(1)的电路实现。由本申请中四个子电路的实现中双量子比特互换门的实现可知，步骤1.2可由深度为3的电路实现。
3、步骤j(2≤j≤n-1)：对于所有z∈{0,1}j-1，由本申请中四个子电路的实现中双量子比特旋转门在路径限制下的电路实现可知，在路径qz0-qz-qz1限制下的门可以被深度为O(1)的电路实现。并且由于这些路径限制均不相交，因此步骤j.1中所有双量子比特旋转门可以并行实现，深度仍为O(1)。由本申请中四个子电路的实现中双量子比特互换门的实现可知，步骤j.2可由深度为3的电路实现。
4、步骤n：对于所有z∈{0,1}n-1，由本申请中四个子电路的实现中双量子比特旋转门在路径限制下的电路实现可知，在路径qz0-qz-qz1限制下的门可以被深度为O(1)的电路实现。并且由于这些路径限制均不相交，因此步骤n.1中所有双量子比特旋转门可以并行实现，深度仍为O(1)。由于步骤n.2是由作用在不同量子比特的单比特量子门构成，因此电路深度为1。
综上所述，该一进制编码的量子态制备电路的电路深度为O(n)。
在一个实施例中，如图9所示，在步骤714之后，即在将翻转门子电路、相位偏移门子电路、互换门子电路、叶子相位偏移门子电路和单量子比特相位偏移子电路组合成量子态制备电路之后，还包括：
步骤902，获取目标数据向量。
其中，目标数据向量是指目标数据对应的向量，该目标数据是经典数据。该经典数据可以是文本数据、图像数据、视频数据、语音数据等等。该目标数据是需要制备对应量子态的数据。
具体地，电子设备获取到要进行要制备量子态的目标数据向量。电子设备可以是从数据库中获取到目标数据向量。电子设备也可以是获取到终端上传的目标数据向量。电子设备还可以是从业务方获取到目标数据向量。
步骤904，基于目标数据向量确定量子比特算子，基于量子比特算子更新量子态制备电路中的量子比特量子门，得到目标数据向量对应的目标量子态制备电路。
其中，量子比特算子是根据目标数据向量确定量子比特门对应的参数后得到的，量子比特算子包括但不限于双量子比特相位偏移算子、单量子比特相位偏移算子等。双量子比特相位偏移算子是根据目标数据向量确定双量子比特相位偏移门对应的相位偏移参数后得到的。单量子比特相位偏移算子是根据目标数据向量确定单量子比特相位偏移门对应的相位偏移参数后得到的。目标量子态制备电路是指目标数据向量对应的量子态制备电路，用于制备目标数据向量对应的量子态。
具体地，电子设备根据目标数据向量确定量子比特算子，然后使用量子比特算子更新量子态制备电路中的量子比特量子门，得到目标数据向量对应的目标量子态制备电路。即电子设备使用目标数据向量对应的量子比特算子替换量子态制备电路中相同的量子比特量子门，从而得到量子门更新后的量子态制备电路，即得到目标数据向量对应的目标量子态制备电路。
步骤906，将预设初始量子态输入到目标量子态制备电路中进行量子态制备，得到目标数据向量对应的量子态。
其中，预设初始量子态是指预先设置好的初始量子态，该初始量子态可以是
具体地，电子设备将预设初始量子态输入到目标量子态制备电路中，目标量子态制备电路使用量子比特算子进行量子运算，最后得到输出的目标数据向量对应的量子态。
在上述实施例中，通过使用目标数据向量确定量子比特算子，基于量子比特算子更新量子态制备电路中的量子比特量子门，得到目标数据向量对应的目标量子态制备电路，然后再将预设初始量子态输入到目标量子态制备电路中进行量子态制备，得到目标数据向量对应的量子态。即通过使用子比特算子更新量子态制备电路，得到目标量子态制备电路，然后再进行量子态制备，提高了得到目标数据向量对应的量子态的效率。
在一个实施例中，如图10所示，量子态制备电路生成方法还包括：
步骤1002，获取推荐偏好数据向量。
其中，推荐偏好数据向量是指推荐偏好数据对应的向量，该推荐偏好数据用于表征要推荐的对象的偏好信息。
具体地，电子设备可以从推荐业务系统中获取到推荐偏好数据，然后将推荐偏好数据向量化，得到推荐偏好数据向量。
步骤1004，基于推荐偏好数据向量确定量子比特算子，基于量子比特算子更新量子态制备电路中的量子比特量子门，得到推荐偏好数据向量对应的推荐量子态制备电路。
其中，推荐量子态制备电路是用于制备推荐偏好数据向量对应量子态的量子电路。
具体地，电子设备使用推荐偏好数据向量来计算得到该推荐偏好数据向量对应的量子比特算子，包括但不限于双量子比特相位偏移算子、单量子比特相位偏移算子等。然后使用量子比特算子更新量子态制备电路中的量子比特量子门，得到推荐偏好数据向量对应的推荐量子态制备电路。即电子设备使用推荐偏好数据向量对应的量子比特算子替换量子态制备电路中相同的量子比特量子门，从而得到量子门更新后的量子态制备电路，即得到推荐偏好数据向量对应的推荐量子态制备电路。
步骤1006，将预设初始量子态输入到推荐量子态制备电路中进行量子态制备，得到推荐偏好数据向量对应的量子态。
其中，预设初始量子态是指预先设置好的初始量子态，该初始量子态可以是
具体地，电子设备将预设初始量子态输入到推荐量子态制备电路中，推荐量子态制备电路使用量子比特算子进行量子运算，最后得到输出的推荐偏好数据向量对应的量子态。
步骤1008，基于推荐偏好数据向量对应的量子态和量子奇异值估计算法电路进行量子运算，得到目标量子态，基于目标量子态进行量子测量，得到推荐偏好数据向量对应的推荐结果。
其中，量子奇异值估计算法电路是指量子奇异值估计算法对应的量子电路。目标量子态是指通过量子奇异值估计算法电路对推荐偏好数据向量对应的量子态进行量子运算后输出的量子态。量子测量将导致量子坍塌，将不确定性变为确定。通过量子测量能够获取坍塌后的确定值。推荐偏好数据向量对应的推荐结果是指推荐偏好数据向量对应的是否进行推荐的结果，该推荐结果包括进行推荐和未进行推荐。
具体地，电子设备将推荐偏好数据向量对应的量子态输入到量子奇异值估计算法电路中进行量子运算，得到输出的目标量子态，然后对目标量子态进行量子测量，即进行平方运算的测量操作，得到推荐偏好数据向量对应的推荐结果，当推荐结果是进行推荐时，可以将推荐信息发送给推荐偏好数据对应的推荐对象终端。当推荐结果是不进行推荐时，不做处理，即不需要将推荐信息发送给推荐偏好数据对应的推荐对象终端。
在上述实施例中，通过将推荐偏好数据向量使用推荐量子态制备电路中进行量子态制备，得到推荐偏好数据向量对应的量子态，然后使用量子奇异值估计算法电路进行量子运算，得到目标量子态，基于目标量子态进行量子测量，得到推荐偏好数据向量对应的推荐结果，提高了得到推荐结果的效率。
在一个具体的实施例中，在量子推荐系统中，经典数据是偏好矩阵P＝[Pij]n×m。在执行量子推荐系统之前，需要将偏好矩阵中的每一行数据Pi＝[Pi1,Pi2,…,Pim]加载到对应的量子态中，其中{|j>:j＝1,…,m}表示一组正交基。除了在量子推荐系统中，在量子线性方程组求解量子支持向量机、量子聚类算法、哈密尔顿量模拟等量子算法中，也需要通过量子态制备电路将经典数据转化为量子数据。
在一个实施例中，如图11所示，提供了一种量子态制备方法，以该方法应用于图1中的电子设备为例进行说明，包括以下步骤：
步骤1102，获取目标数据向量，基于目标数据向量获取目标单量子比特翻转门、目标单量子比特相位偏移门、目标双量子比特互换门和在路径限制下的目标双量子比特相位偏移门。
其中，目标数据向量是指目标数据对应的向量，该目标数据是经典数据。该经典数据可以是文本数据、图像数据、视频数据、语音数据等等。该目标数据是需要制备对应量子态的数据。目标单量子比特翻转门是指目标数据向量对应的单量子比特翻转门。目标单量子比特相位偏移门是指目标数据向量对应的单量子比特相位偏移门。目标双量子比特互换门是指目标数据向量对应的双量子比特互换门。目标双量子比特相位偏移门是指目标数据向量对应的双量子比特相位偏移门。
具体地，电子设备获取到要进行要制备量子态的目标数据向量。电子设备可以是从数据库中获取到目标数据向量。电子设备也可以是获取到终端上传的目标数据向量。电子设备还可以是从业务方获取到目标数据向量。基于目标数据向量获取目标单量子比特翻转门、目标单量子比特相位偏移门、目标双量子比特互换门和在路径限制下的目标双量子比特相位偏移门。
步骤1102，确定在二叉树限制下的目标量子比特集，将目标单量子比特翻转门作用于目标量子比特集中根节点量子比特对应的第一目标子节点量子比特上，得到目标翻转门子电路。
其中，目标翻转门子电路是指将目标单量子比特翻转门作用于第一目标子节点量子比特上得到的量子电路。
具体地，电子设备获取到各个量子比特，使用各个量子比特确定在二叉树限制下的目标量子比特集。然后将目标单量子比特翻转门作用于目标量子比特集中根节点量子比特对应的第一目标子节点量子比特上，得到目标翻转门子电路，即在目标量子比特集中根节点量子比特对应的第一目标子节点量子比特上实现目标单量子比特翻转门。
步骤1104，将目标双量子比特相位偏移门作用于根节点量子比特对应的子节点量子比特之间，得到目标相位偏移门子电路。
其中，目标相位偏移门子电路将目标双量子比特相位偏移门作用于根节点量子比特的左子节点位置所在的量子比特和右子节点位置所在的量子比特之间得到的量子电路。
具体地，电子设备将在路径限制下的双量子比特相位偏移门作用于根节点量子比特对应的子节点量子比特之间，得到目标相位偏移门子电路，即在左子节点位置所在的量子比特和右子节点位置所在的量子比特之间实现双量子比特相位偏移门。其中，由于双量子比特相位偏移门是由单量子比特门和在路径限制下的CNOT门组合实现的，则相位偏移门子电路即是通过在左子节点位置所在的量子比特与根节点量子比特之间作用在路径限制下的CNOT门，以及在右子节点位置所在的量子比特与根节点量子比特之间作用在路径限制下的CNOT门，以及将单量子比特门作用于左子节点位置所在的量子比特、右子节点位置所在的量子比特以及根节点量子比特上后进行组合得到的。
步骤1106，将目标双量子比特互换门作用于第一目标子节点量子比特与第二目标子节点量子比特之间，得到目标互换门子电路，第二目标子节点量子比特是第一目标子节点量子比特的子节点量子比特。
其中，目标互换门子电路是指将目标双量子比特互换门作用第一目标子节点量子比特与第二目标子节点量子比特之间得到的量子电路。
具体地，电子设备将目标双量子比特互换门作用于第一目标子节点量子比特与第二目标子节点量子比特之间，得到目标互换门子电路，即电子设备在第一目标子节点量子比特与第二目标子节点量子比特之间实现目标双量子比特互换门。
步骤1108，将子节点量子比特作为根节点量子比特，并返回将目标双量子比特相位偏移门作用于根节点量子比对应的子节点量子比特之间，得到目标相位偏移门子电路的步骤执行，直到子节点量子比特为叶子节点量子比特。
具体地，电子设备将子节点量子比特作为根节点量子比特，并返回将目标双量子比特相位偏移门作用于根节点量子比对应的子节点量子比特之间，得到目标相位偏移门子电路的步骤执行，直到子节点量子比特为叶子节点量子比特。此时电子设备迭代完成，当子节点量子比特并不是叶子节点量子比特时，一直进行迭代执行。当迭代完成时，电子设备得到了各个目标相位偏移门子电路和各个目标互换门子电路。
步骤1110，将在路径限制下的目标双量子比特相位偏移门作用于目标量子比特集中父节点量子比特对应的叶子节点量子比特之间，得到目标叶子相位偏移门子电路，并将目标单量子相位偏移门作用于叶子节点量子比特上，得到目标单量子比特相位偏移子电路。
其中，目标叶子相位偏移门子电路是指父节点量子比特对应的叶子节点量子比特之间作用在路径限制下的目标双量子比特相位偏移门得到的量子电路。单量子比特相位偏移子电路是指将目标单量子相位偏移门作用于叶子节点量子比特上得到的量子电路。
具体地，电子设备在确定子节点量子比特为叶子节点量子比特时，将在路径限制下的目标双量子比特相位偏移门作用于目标量子比特集中父节点量子比特对应的叶子节点量子比特之间，得到目标叶子相位偏移门子电路，并将目标单量子相位偏移门作用于叶子节点量子比特上，得到目标单量子比特相位偏移子电路。
步骤1112，将目标翻转门子电路、目标相位偏移门子电路、目标互换门子电路、目标叶子相位偏移门子电路和目标单量子比特相位偏移子电路组合成目标数据向量对应的目标量子态制备电路。
其中，目标数据向量对应的目标量子态制备电路是指生成的目标数据向量对应的量子态制备电路。
具体地，电子设备将目标翻转门子电路、目标相位偏移门子电路、目标互换门子电路、目标叶子相位偏移门子电路和目标单量子比特相位偏移子电路组合成目标数据向量对应的目标量子态制备电路。
步骤1114，将预设初始量子态输入到目标量子态制备电路中进行量子态制备，得到目标数据向量对应的量子态。
其中，预设初始量子态是指预先设置好的初始量子态，该初始量子态可以是
具体地，电子设备将预设初始量子态输入到目标量子态制备电路中，目标量子态制备电路使用量子比特算子进行量子运算，最后得到输出的目标数据向量对应的量子态。
上述量子态制备方法，通过获取目标数据向量对应的目标单量子比特翻转门、目标单量子比特相位偏移门、目标双量子比特互换门和在路径限制下的目标双量子比特相位偏移门，然后使用目标单量子比特翻转门、目标单量子比特相位偏移门、目标双量子比特互换门和在路径限制下的目标双量子比特相位偏移门来生成目标数据向量对应的目标量子态制备电路，从而可以有效降低量子态制备电路的电路深度，然后将预设初始量子态输入到目标量子态制备电路中进行量子态制备，得到目标数据向量对应的量子态，进而可以有效降低量子态制备的时间，提高了量子计算的运行效率，从而提高了量子态的制备效率。
在一个具体的实施例中，二叉树限制下一进制编码量子态制备电路的生成具体来说：获取到待制备向量如下所示：
获取到待制备向量对应的两量子比如算子如下所示：
为/>为/>为/>为/>
为/>为/>
如图12所示，为制备向量对应的一进制编码量子态制备电路实现的示意图，具体来说：
步骤0：在量子比特q0上作用X门。
步骤1：
步骤1.1，在路径q0-q∈-q1限制下实现作用在q0,q1上的两量子比特旋转门
步骤1.2，同时在q0,q00上作用在q1,q10上作用/>
步骤2：
步骤2.1，同时在路径q00-q0-q01限制下实现作用在q00,q01上的两量子比特旋转门在路径q10-q1-q11限制下实现作用在q10,q11上的两量子比特旋转门/>
步骤2.2，同时在q00,q000上作用在q01,q010上作用/>在q10,q100上作用/>在q11,q110上作用/>
步骤3：
步骤3.1，同时在路径q000-q00-q001限制下实现作用在q000,q001上的两量子比特旋转门在路径q010-q01-q011限制下实现作用在q010,q011上的两量子比特旋转门在路径q100-q10-q101限制下实现作用在q100,q101上的两量子比特旋转门在路径q110-q11-q111限制下实现作用在q110,q111上的两量子比特旋转门
步骤3.1对于所有x∈{0,1}3，同时在量子比特qx上作用单比特量子门R(θx)。
综上，得到待制备向量对应的一进制编码量子态制备电路，该一进制编码量子态制备电路的电路深度为O(n)。
应该理解的是，虽然如上所述的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，如上所述的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
基于同样的发明构思，本申请实施例还提供了一种用于实现上述所涉及的量子态制备电路生成方法的量子态制备电路生成装置或者量子态制备方法和量子态制备装置。该装置所提供的解决问题的实现方案与上述方法中所记载的实现方案相似，故下面所提供的一个或多个量子态制备电路生成装置或者量子态制备装置实施例中的具体限定可以参见上文中对于量子态制备电路生成方法或者量子态制备方法的限定，在此不再赘述。
在一个实施例中，如图13所示，提供了一种量子态制备电路生成装置1300，包括：量子门获取模块1302、翻转门作用模块1304、相位偏移门作用模块1306、互换门作用模块1308、迭代模块1310、叶子节点作用模块1312和组合模块1314，其中：
量子门获取模块1302，用于获取单量子比特翻转门、单量子比特相位偏移门、双量子比特互换门和在路径限制下的双量子比特相位偏移门；
翻转门作用模块1304，用于确定在二叉树限制下的目标量子比特集，将单量子比特翻转门作用于目标量子比特集中根节点量子比特对应的第一目标子节点量子比特上，得到翻转门子电路；
相位偏移门作用模块1306，用于将双量子比特相位偏移门作用于根节点量子比特对应的子节点量子比特之间，得到相位偏移门子电路；
互换门作用模块1308，用于将双量子比特互换门作用于第一目标子节点量子比特与第二目标子节点量子比特之间，得到互换门子电路，第二目标子节点量子比特是第一目标子节点量子比特的子节点量子比特；
迭代模块1310，用于将子节点量子比特作为根节点量子比特，并返回将双量子比特相位偏移门作用于根节点量子比对应的子节点量子比特之间，得到相位偏移门子电路的步骤执行，直到子节点量子比特为叶子节点量子比特；
叶子节点作用模块1312，用于将在路径限制下的双量子比特相位偏移门作用于目标量子比特集中父节点量子比特对应的叶子节点量子比特之间，得到叶子相位偏移门子电路，并将单量子相位偏移门作用于叶子节点量子比特上，得到单量子比特相位偏移子电路；
组合模块1314，用于将翻转门子电路、相位偏移门子电路、互换门子电路、叶子相位偏移门子电路和单量子比特相位偏移子电路组合成量子态制备电路。
在一个实施例中，量子门获取模块1302还用于获取单量子比特门和在路径限制下的可控非门；基于单量子比特门和在路径限制下的可控非门组合成双量子比特互换门和在路径限制下的双量子比特相位偏移门。
在一个实施例中，目标量子比特集中的量子比特数量为2n+1-1，n为大于等于1的正整数。
在一个实施例中，量子态制备电路生成装置1300，还包括：
生成模块，用于当n为1时，确定在二叉树限制下的三个量子比特；将单量子比特翻转门作用于三个量子比特中根节点量子比特对应的第一目标叶子节点量子比特上，得到翻转门子电路；将双量子比特相位偏移门作用于根节点量子比特对应的叶子节点量子比特之间，得到相位偏移门子电路；将单量子相位偏移门作用于叶子节点量子比特上，得到单量子比特相位偏移子电路；将翻转门子电路、相位偏移门子电路和单量子比特相位偏移子电路组合成三个量子比特对应的量子态制备电路。
在一个实施例中，翻转门子电路的电路深度为1；相位偏移门子电路的电路深度为O(1)；互换门子电路的电路深度为3；叶子相位偏移门子电路的电路深度为O(1)；单量子比特相位偏移子电路的电路深度为1；量子态制备电路生成装置1300还包括：
电路深度确定模块，用于基于翻转门子电路、相位偏移门子电路、互换门子电路、叶子相位偏移门子电路和单量子比特相位偏移子电路分别对应的电路深度，确定量子态制备电路的电路深度；其中，电路深度为O(n)。
在一个实施例中，第一目标子节点量子比特包括第一左子节点量子比特，第二目标子节点量子比特包括第二左子节点量子比特；
翻转门作用模块1304还用于将单量子比特翻转门作用于目标量子比特集中根节点量子比特对应的第一左子节点量子比特上，得到翻转门子电路；
互换门作用模块1308还用于将双量子比特互换门作用于第一左子节点量子比特与第二左子节点量子比特之间，得到互换门子电路。
在一个实施例中，第一目标子节点量子比特包括第一右子节点量子比特，第二目标子节点量子比特包括第二右子节点量子比特；
翻转门作用模块1304还用于将单量子比特翻转门作用于目标量子比特集中根节点量子比特对应的第一右子节点量子比特上，得到翻转门子电路；
互换门作用模块1308还用于将双量子比特互换门作用于第一右子节点量子比特与第二右子节点量子比特之间，得到互换门子电路。
在一个实施例中，量子态制备电路生成装置1300，还包括：
量子态制备模块，用于获取目标数据向量；基于目标数据向量确定量子比特算子，基于量子比特算子更新量子态制备电路中的量子比特量子门，得到目标数据向量对应的目标量子态制备电路；将预设初始量子态输入到目标量子态制备电路中进行量子态制备，得到目标数据向量对应的量子态。
在一个实施例中，量子态制备电路生成装置1300，还包括：
量子推荐模块，用于获取推荐偏好数据向量；基于推荐偏好数据向量确定量子比特算子，基于量子比特算子更新量子态制备电路中的量子比特量子门，得到推荐偏好数据向量对应的推荐量子态制备电路；将预设初始量子态输入到推荐量子态制备电路中进行量子态制备，得到推荐偏好数据向量对应的量子态；基于推荐偏好数据向量对应的量子态和量子奇异值估计算法电路进行量子运算，得到目标量子态，基于目标量子态进行量子测量，得到推荐偏好数据向量对应的推荐结果。
在一个实施例中，如图14所示，提供了一种量子态制备装置1400，包括：目标量子门获取模块1402、目标翻转门作用模块1404、目标相位偏移门作用模块1406、目标互换门作用模块1408、目标迭代模块1410、目标叶子节点作用模块1412、目标组合模块1414和制备模块1416，其中：
目标量子门获取模块1402，用于获取目标数据向量，基于目标数据向量获取目标单量子比特翻转门、目标单量子比特相位偏移门、目标双量子比特互换门和在路径限制下的目标双量子比特相位偏移门；
目标翻转门作用模块1404，用于确定在二叉树限制下的目标量子比特集，将目标单量子比特翻转门作用于目标量子比特集中根节点量子比特对应的第一目标子节点量子比特上，得到目标翻转门子电路；
目标相位偏移门作用模块1406，用于将目标双量子比特相位偏移门作用于根节点量子比特对应的子节点量子比特之间，得到目标相位偏移门子电路；
目标互换门作用模块1408，用于将目标双量子比特互换门作用于第一目标子节点量子比特与第二目标子节点量子比特之间，得到目标互换门子电路，第二目标子节点量子比特是第一目标子节点量子比特的子节点量子比特；
目标迭代模块1410，用于将子节点量子比特作为根节点量子比特，并返回将目标双量子比特相位偏移门作用于根节点量子比对应的子节点量子比特之间，得到目标相位偏移门子电路的步骤执行，直到子节点量子比特为叶子节点量子比特；
目标叶子节点作用模块1412，用于目标叶子节点作用模块，用于将在路径限制下的目标双量子比特相位偏移门作用于目标量子比特集中父节点量子比特对应的叶子节点量子比特之间，得到目标叶子相位偏移门子电路，并将目标单量子相位偏移门作用于叶子节点量子比特上，得到目标单量子比特相位偏移子电路；
目标组合模块1414，用于将目标翻转门子电路、目标相位偏移门子电路、目标互换门子电路、目标叶子相位偏移门子电路和目标单量子比特相位偏移子电路组合成目标数据向量对应的目标量子态制备电路；
制备模块1416，用于将预设初始量子态输入到目标量子态制备电路中进行量子态制备，得到目标数据向量对应的量子态。
上述量子态制备电路生成装置或者量子态制备装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于电子设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于电子设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种电子设备，该电子设备可以是工业化智能设备，其内部结构图可以如图15所示。该电子设备包括处理器、存储器、输入/输出接口(Input/Output，简称I/O)和通信接口。其中，处理器、存储器和输入/输出接口通过系统总线连接，通信接口通过输入/输出接口连接到系统总线。其中，该电子设备的处理器用于提供计算和控制能力。该电子设备的存储器包括非易失性存储介质和内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该电子设备的数据库用于存储目标数据向量。该电子设备的输入/输出接口用于处理器与外部设备之间交换信息。该电子设备的通信接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种量子态制备电路的生成方法或者量子态制备方法。
本领域技术人员可以理解，图15中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的电子设备的限定，具体的电子设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种量子芯片，包括量子态制备电路，所述量子态制备电路通过本申请中量子态制备电路的生成方法实现。该量子芯片可应用于各智能终端和车载设备。
在一个实施例中，还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述各方法实施例中的步骤。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。
在一个实施例中，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。
需要说明的是，本申请所涉及的用户信息(包括但不限于用户设备信息、用户个人信息等)和数据(包括但不限于用于分析的数据、存储的数据、展示的数据等)，均为经用户授权或者经过各方充分授权的信息和数据，且相关数据的收集、使用和处理需要遵守相关国家和地区的相关法律法规和标准。推送的信息，推荐对象终端可以拒绝或可以便捷拒绝广告推送信息等。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器(ReRAM)、磁变存储器(Magnetoresistive Random Access Memory，MRAM)、铁电存储器(Ferroelectric Random Access Memory，FRAM)、相变存储器(Phase Change Memory，PCM)、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic RandomAccess Memory，DRAM)等。本申请所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等，不限于此。本申请所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等，不限于此。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (15)

1.一种量子态制备电路生成方法，其特征在于，所述方法包括：
获取单量子比特翻转门、单量子比特相位偏移门、双量子比特互换门和在路径限制下的双量子比特相位偏移门；
确定在二叉树限制下的目标量子比特集，将所述单量子比特翻转门作用于所述目标量子比特集中根节点量子比特对应的第一目标子节点量子比特上，得到翻转门子电路；
将所述双量子比特相位偏移门作用于所述根节点量子比特对应的子节点量子比特之间，得到相位偏移门子电路；
将所述双量子比特互换门作用于所述第一目标子节点量子比特与第二目标子节点量子比特之间，得到互换门子电路，所述第二目标子节点量子比特是所述第一目标子节点量子比特的子节点量子比特；
将所述子节点量子比特作为根节点量子比特，并返回将所述双量子比特相位偏移门作用于所述根节点量子比对应的子节点量子比特之间，得到相位偏移门子电路的步骤执行，直到所述子节点量子比特为叶子节点量子比特；
将所述在路径限制下的双量子比特相位偏移门作用于所述目标量子比特集中父节点量子比特对应的叶子节点量子比特之间，得到叶子相位偏移门子电路，并将所述单量子相位偏移门作用于所述叶子节点量子比特上，得到单量子比特相位偏移子电路；
将所述翻转门子电路、所述相位偏移门子电路、所述互换门子电路、所述叶子相位偏移门子电路和所述单量子比特相位偏移子电路组合成量子态制备电路。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取双量子比特互换门和在路径限制下的双量子比特相位偏移门，包括：
获取单量子比特门和在路径限制下的可控非门；
基于所述单量子比特门和所述在路径限制下的可控非门组合成所述双量子比特互换门和所述在路径限制下的双量子比特相位偏移门。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标量子比特集中的量子比特数量为2n+1-1，n为大于等于1的正整数。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
当所述n为1时，确定在二叉树限制下的三个量子比特；
将所述单量子比特翻转门作用于所述三个量子比特中根节点量子比特对应的第一目标叶子节点量子比特上，得到翻转门子电路；
将所述双量子比特相位偏移门作用于所述根节点量子比特对应的叶子节点量子比特之间，得到相位偏移门子电路；
将所述单量子相位偏移门作用于所述叶子节点量子比特上，得到单量子比特相位偏移子电路；
将所述翻转门子电路、所述相位偏移门子电路和所述单量子比特相位偏移子电路组合成所述三个量子比特对应的量子态制备电路。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述翻转门子电路的电路深度为1；所述相位偏移门子电路的电路深度为O(1)；所述互换门子电路的电路深度为3；所述叶子相位偏移门子电路的电路深度为O(1)；所述单量子比特相位偏移子电路的电路深度为1；所述方法还包括：
基于所述翻转门子电路、所述相位偏移门子电路、所述互换门子电路、所述叶子相位偏移门子电路和所述单量子比特相位偏移子电路分别对应的电路深度，确定所述量子态制备电路的电路深度；其中，所述电路深度为O(n)。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一目标子节点量子比特包括第一左子节点量子比特，所述第二目标子节点量子比特包括第二左子节点量子比特；
所述将所述单量子比特翻转门作用于所述目标量子比特集中根节点量子比特对应的第一目标子节点量子比特上，得到翻转门子电路，包括：
将所述单量子比特翻转门作用于所述目标量子比特集中根节点量子比特对应的第一左子节点量子比特上，得到所述翻转门子电路；
所述将所述双量子比特互换门作用于所述第一目标子节点量子比特与第二目标子节点量子比特之间，得到互换门子电路，包括：
将所述双量子比特互换门作用于所述第一左子节点量子比特与第二左子节点量子比特之间，得到所述互换门子电路。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一目标子节点量子比特包括第一右子节点量子比特，所述第二目标子节点量子比特包括第二右子节点量子比特；
所述将所述单量子比特翻转门作用于所述目标量子比特集中根节点量子比特对应的第一目标子节点量子比特上，得到翻转门子电路，包括：
将所述单量子比特翻转门作用于所述目标量子比特集中根节点量子比特对应的第一右子节点量子比特上，得到所述翻转门子电路；
所述将所述双量子比特互换门作用于所述第一目标子节点量子比特与第二目标子节点量子比特之间，得到互换门子电路，包括：
将所述双量子比特互换门作用于所述第一右子节点量子比特与第二右子节点量子比特之间，得到所述互换门子电路。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述将所述翻转门子电路、所述相位偏移门子电路、所述互换门子电路、所述叶子相位偏移门子电路和所述单量子比特相位偏移子电路组合成量子态制备电路之后，还包括：
获取目标数据向量；
基于所述目标数据向量确定量子比特算子，基于所述量子比特算子更新所述量子态制备电路中的量子比特量子门，得到所述目标数据向量对应的目标量子态制备电路；
将预设初始量子态输入到所述目标量子态制备电路中进行量子态制备，得到所述目标数据向量对应的量子态。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取推荐偏好数据向量；
基于所述推荐偏好数据向量确定量子比特算子，基于所述量子比特算子更新所述量子态制备电路中的量子比特量子门，得到所述推荐偏好数据向量对应的推荐量子态制备电路；
将预设初始量子态输入到所述推荐量子态制备电路中进行量子态制备，得到所述推荐偏好数据向量对应的量子态；
基于所述推荐偏好数据向量对应的量子态和量子奇异值估计算法电路进行量子运算，得到目标量子态，基于所述目标量子态进行量子测量，得到所述推荐偏好数据向量对应的推荐结果。
10.一种量子态制备方法，其特征在于，所述方法包括：
获取目标数据向量，基于所述目标数据向量获取目标单量子比特翻转门、目标单量子比特相位偏移门、目标双量子比特互换门和在路径限制下的目标双量子比特相位偏移门；
确定在二叉树限制下的目标量子比特集，将所述目标单量子比特翻转门作用于所述目标量子比特集中根节点量子比特对应的第一目标子节点量子比特上，得到目标翻转门子电路；
将所述目标双量子比特相位偏移门作用于所述根节点量子比特对应的子节点量子比特之间，得到目标相位偏移门子电路；
将所述目标双量子比特互换门作用于所述第一目标子节点量子比特与第二目标子节点量子比特之间，得到目标互换门子电路，所述第二目标子节点量子比特是所述第一目标子节点量子比特的子节点量子比特；
将所述子节点量子比特作为根节点量子比特，并返回将所述目标双量子比特相位偏移门作用于所述根节点量子比对应的子节点量子比特之间，得到目标相位偏移门子电路的步骤执行，直到所述子节点量子比特为叶子节点量子比特；
将所述在路径限制下的目标双量子比特相位偏移门作用于所述目标量子比特集中父节点量子比特对应的叶子节点量子比特之间，得到目标叶子相位偏移门子电路，并将所述目标单量子相位偏移门作用于所述叶子节点量子比特上，得到目标单量子比特相位偏移子电路；
将所述目标翻转门子电路、所述目标相位偏移门子电路、所述目标互换门子电路、所述目标叶子相位偏移门子电路和所述目标单量子比特相位偏移子电路组合成所述目标数据向量对应的目标量子态制备电路；
将预设初始量子态输入到所述目标量子态制备电路中进行量子态制备，得到所述目标数据向量对应的量子态。
11.一种量子态制备电路生成装置，其特征在于，所述装置包括：
量子门获取模块，用于获取单量子比特翻转门、单量子比特相位偏移门、双量子比特互换门和在路径限制下的双量子比特相位偏移门；
翻转门作用模块，用于确定在二叉树限制下的目标量子比特集，将所述单量子比特翻转门作用于所述目标量子比特集中根节点量子比特对应的第一目标子节点量子比特上，得到翻转门子电路；
相位偏移门作用模块，用于将所述双量子比特相位偏移门作用于所述根节点量子比特对应的子节点量子比特之间，得到相位偏移门子电路；
互换门作用模块，用于将所述双量子比特互换门作用于所述第一目标子节点量子比特与第二目标子节点量子比特之间，得到互换门子电路，所述第二目标子节点量子比特是所述第一目标子节点量子比特的子节点量子比特；
迭代模块，用于将所述子节点量子比特作为根节点量子比特，并返回将所述双量子比特相位偏移门作用于所述根节点量子比对应的子节点量子比特之间，得到相位偏移门子电路的步骤执行，直到所述子节点量子比特为叶子节点量子比特；
叶子节点作用模块，用于将所述在路径限制下的双量子比特相位偏移门作用于所述目标量子比特集中父节点量子比特对应的叶子节点量子比特之间，得到叶子相位偏移门子电路，并将所述单量子相位偏移门作用于所述叶子节点量子比特上，得到单量子比特相位偏移子电路；
组合模块，用于将所述翻转门子电路、所述相位偏移门子电路、所述互换门子电路、所述叶子相位偏移门子电路和所述单量子比特相位偏移子电路组合成量子态制备电路。
12.一种量子态制备装置，其特征在于，所述装置包括：
目标量子门获取模块，用于获取目标数据向量，基于所述目标数据向量获取目标单量子比特翻转门、目标单量子比特相位偏移门、目标双量子比特互换门和在路径限制下的目标双量子比特相位偏移门；
目标翻转门作用模块，用于确定在二叉树限制下的目标量子比特集，将所述目标单量子比特翻转门作用于所述目标量子比特集中根节点量子比特对应的第一目标子节点量子比特上，得到目标翻转门子电路；
目标相位偏移门作用模块，用于将所述目标双量子比特相位偏移门作用于所述根节点量子比特对应的子节点量子比特之间，得到目标相位偏移门子电路；
目标互换门作用模块，用于将所述目标双量子比特互换门作用于所述第一目标子节点量子比特与第二目标子节点量子比特之间，得到目标互换门子电路，所述第二目标子节点量子比特是所述第一目标子节点量子比特的子节点量子比特；
目标迭代模块，用于将所述子节点量子比特作为根节点量子比特，并返回将所述目标双量子比特相位偏移门作用于所述根节点量子比对应的子节点量子比特之间，得到目标相位偏移门子电路的步骤执行，直到所述子节点量子比特为叶子节点量子比特；
目标叶子节点作用模块，用于将所述在路径限制下的目标双量子比特相位偏移门作用于所述目标量子比特集中父节点量子比特对应的叶子节点量子比特之间，得到目标叶子相位偏移门子电路，并将所述目标单量子相位偏移门作用于所述叶子节点量子比特上，得到目标单量子比特相位偏移子电路；
目标组合模块，用于将所述目标翻转门子电路、所述目标相位偏移门子电路、所述目标互换门子电路、所述目标叶子相位偏移门子电路和所述目标单量子比特相位偏移子电路组合成所述目标数据向量对应的目标量子态制备电路；
制备模块，用于将预设初始量子态输入到所述目标量子态制备电路中进行量子态制备，得到所述目标数据向量对应的一进制编码量子态。
13.一种量子芯片，包括量子态制备电路，其特征在于，所述量子态制备电路通过权利要求1至10中任一项所述量子态制备电路的生成方法实现。
14.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至10中任一项所述的方法的步骤。
15.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至10中任一项所述的方法的步骤。
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US11475345B2 (en) * 2018-12-06 2022-10-18 International Business Machines Corporation Controlled NOT gate parallelization in quantum computing simulation
US11687816B2 (en) * 2020-04-08 2023-06-27 QC Ware Corp. Quantum data loader
CN113222165A (zh) * 2021-05-25 2021-08-06 西安微电子技术研究所 一种基于遗传算法的量子线路优化方法
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