Grover算法的量子线路优化方法及相关装置与流程

本申请涉及量子信息科学，具体而言，涉及一种grover算法的量子线路优化方法及相关装置。

背景技术：

1、grover算法可用于解决无序数据库搜索问题，采用grover算法对无序量子态进行搜索时，需要将目标量子态的相位进行翻转从而标记该目标量子态。

2、目前，通常通过作用于附加量子比特线路上的控制x门实现对目标量子态的相位翻转，但该方式会增加附加量子比特线路的使用，造成量子资源的浪费。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请的目的在于提供一种grover算法的量子线路优化方法及相关装置，以减少附加量子比特线路的使用，节约量子资源。

2、为了实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：

3、第一方面，本申请提供一种grover算法的量子线路优化方法，所述方法包括：

4、利用量子输入线路对初始化的量子比特进行处理，获得量子叠加后的第一量子态及各第一量子态对应的第一振幅；其中，所述第一量子态包括目标量子态和其他量子态；

5、利用相位翻转线路对所述目标量子态进行处理，获得相位翻转后的目标量子态；其中，所述相位翻转线路中包括在任一量子位上插入的第一控制门，所述第一控制门用于将经由第一x门处理后的第一目标量子态的相位进行翻转；

6、利用振幅放大线路对所述相位翻转后的目标量子态进行处理，获得所述目标量子态对应的第二振幅；其中，所述第二振幅大于所述第一振幅。

7、在可选的实施方式中，所述利用相位翻转线路对所述目标量子态进行处理，获得相位翻转后的目标量子态的步骤，包括：

8、根据所述目标量子态的状态，确定取值为0的目标量子位；

9、利用所述第一x门对所述目标量子位进行处理，根据所述目标量子态获得所述第一目标量子态；

10、利用所述第一控制门对所有量子位进行处理，根据所述第一目标量子态获得第二目标量子态；

11、利用第二x门对所述目标量子位进行处理，根据所述第二目标量子态获得相位翻转后的目标量子态。

12、在可选的实施方式中，当所述第一控制门为第一h门、第一控制x门、第二h门的组合时，所述利用所述第一控制门对所有量子位进行处理，根据所述第一目标量子态获得第二目标量子态的步骤，包括：

13、依次利用所述第一h门、第一控制x门、第二h门对所有量子位进行处理，根据所述第一目标量子态获得所述第二目标量子态。

14、在可选的实施方式中，所述利用振幅放大线路对所述相位翻转后的目标量子态进行处理，获得所述目标量子态对应的第二振幅的步骤，包括：

15、利用第三h门对所述相位翻转后的目标量子态的所有量子位进行处理，获得第三目标量子态；

16、依次利用第三x门、第二控制门以及第四x门对所述第三目标量子态的所有量子位进行处理，获得相位翻转后的第三目标量子态；

17、利用第四h门对所述相位翻转后的第三目标量子态的所有量子位进行处理，获得所述目标量子态对应的第二振幅。

18、在可选的实施方式中，当所述第二控制门为第五h门、第二控制x门、第六h门的组合时，所述依次利用第三x门、第二控制门以及第四x门对所述第三目标量子态进行处理，获得相位翻转后的第三目标量子态的步骤，包括：

19、利用所述第三x门对所述第三目标量子态的所有量子位进行处理，获得第四目标量子态；

20、依次利用所述第五h门、第二控制x门、第六h门对所述第四目标量子态的所有量子位进行处理，获得相位翻转后的第四目标量子态；

21、利用所述第四x门对所述相位翻转后的第四目标量子态的所有量子位进行处理，获得相位翻转后的第三目标量子态。

22、在可选的实施方式中，在所述利用量子输入线路对量子比特进行处理，获得量子叠加后的第一量子态及各第一量子态对应的第一振幅的步骤之前，所述方法还包括：

23、根据所述第一量子态的状态确定所述量子输入线路中的量子门类型。

24、第二方面，本申请提供一种grover算法的量子线路优化装置，所述装置包括：

25、量子输入模块，用于对量子比特进行处理，获得量子叠加后的第一量子态及各第一量子态对应的第一振幅；其中，所述第一量子态包括目标量子态和其他量子态；

26、相位翻转模块，用于对所述目标量子态进行处理，获得相位翻转后的目标量子态；其中，所述相位翻转线路中包括在任一量子位上插入的第一控制门，所述第一控制门用于将经由第一x门处理后的第一目标量子态的相位进行翻转；

27、振幅放大模块，用于对所述相位翻转后的目标量子态进行处理，获得所述目标量子态对应的第二振幅；其中，所述第二振幅大于所述第一振幅。

28、在可选的实施方式中，所述相位翻转模块还用于根据所述目标量子态的状态，确定取值为0的目标量子位；

29、利用所述第一x门对所述目标量子位进行处理，获得第一目标量子态；

30、利用所述第一控制门对所有量子位进行处理，获得第二目标量子态；

31、利用第二x门对所述目标量子位进行处理，获得相位翻转后的目标量子态。

32、第三方面，本申请提供一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的计算机程序，所述处理器可执行所述计算机程序以实现前述实施方式任一所述的方法。

33、第四方面，本申请提供一种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如前述实施方式中任一项所述的方法。

34、本申请实施例提供的grover算法的量子线路优化方法及相关装置，在通过相位翻转线路对目标量子态进行处理时，通过在任一量子位上插入的第一控制门，对经由第一x门处理后的第一目标量子态进行处理，使第一目标量子态的相位进行翻转，最终实现目标量子态的相位翻转，从而无需在量子线路中增设附加量子比特线路对目标量子态的相位进行翻转，节约了量子资源。

35、为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

技术特征：

1.一种grover算法的量子线路优化方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用相位翻转线路对所述目标量子态进行处理，获得相位翻转后的目标量子态的步骤，包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当所述第一控制门为第一h门、第一控制x门、第二h门的组合时，所述利用所述第一控制门对所有量子位进行处理，根据所述第一目标量子态获得第二目标量子态的步骤，包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用振幅放大线路对所述相位翻转后的目标量子态进行处理，获得所述目标量子态对应的第二振幅的步骤，包括：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当所述第二控制门为第五h门、第二控制x门、第六h门的组合时，所述依次利用第三x门、第二控制门以及第四x门对所述第三目标量子态进行处理，获得相位翻转后的第三目标量子态的步骤，包括：

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述利用量子输入线路对量子比特进行处理，获得量子叠加后的第一量子态及各第一量子态对应的第一振幅的步骤之前，所述方法还包括：

7.一种grover算法的量子线路优化装置，其特征在于，所述装置包括：

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述相位翻转模块还用于根据所述目标量子态的状态，确定取值为0的目标量子位；

9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的计算机程序，所述处理器可执行所述计算机程序以实现权利要求1-6任一所述的方法。

10.一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如权利要求1-6中任一项所述的方法。

技术总结
本申请实施例提出一种Grover算法的量子线路优化方法及相关装置，涉及量子信息科学技术领域。该方法包括利用量子输入线路对初始化的量子比特进行处理，获得第一量子态及各第一量子态对应的第一振幅；利用相位翻转线路对目标量子态进行处理，获得相位翻转后的目标量子态；其中，相位翻转线路中包括在任一量子位上插入的第一控制门，第一控制门用于将经由第一X门处理后的第一目标量子态的相位进行翻转；利用振幅放大线路对相位翻转后的目标量子态进行处理，获得目标量子态对应的第二振幅；且第二振幅大于第一振幅。通过该方法无需在量子线路中增设附加量子比特线路，从而节约了量子资源。

技术研发人员：窦猛汉,王梦醒,王晶,方圆
受保护的技术使用者：合肥本源量子计算科技有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12