量子计算云平台和量子计算方法与流程

1.本公开涉及量子计算技术领域，尤其涉及一种量子计算云平台和量子计算方法。


背景技术：

2.目前，常用的量子计算一般包括两种方式，第一种方式为在量子计算机本地直接使用量子计算机进行计算，第二种方式为通过互联网-量子计算云平台的形式调用量子计算机进行计算。
3.然而，第一种方式需要用户能够到达量子计算机本地或用户拥有一台量子计算机，成本较高，第二种方式中算机中网站的结构和运行模式没有统一的规范，甚至一些网站是一个网站和一台量子计算机绑定，功能、模式、使用方式等全部固定，扩展性和通用性很低，用户使用过程中学习适应的成本高，不利于后期的应用推广。


技术实现要素：

4.针对上述技术问题，本公开提供一种量子计算云平台和量子计算方法，用于至少部分解决现有量子计算方式缺少统一的框架导致扩展性和通用性低，成本高的技术问题。
5.基于此，本公开第一方面提供一种量子计算云平台，包括：网站前端，用于提供用户管理、信息管理和实验管理的界面；网站后端，用于响应用户管理的需求、信息管理的需求和实验管理的需求；功能服务模块，连接网站后端，用于负责与量子计算相关的业务；代理模块，连接功能服务模块，用于对量子计算机进行包装，以对用户提供量子计算机的统一调用接口，并对量子计算机进行任务队列管理以及对量子计算任务进行调度。
6.根据本公开的实施例，与量子计算相关的业务包括用户量子程序的存储管理和/或实验运行结果管理和/或量子编程语言到机器语言的编译、用户对各量子计算机使用权限的确认。
7.根据本公开的实施例，统一调用接口为软件工具开发包接口。
8.根据本公开的实施例，量子计算机包括各类不同物理方案实现的量子计算机以及不同提供来源的量子计算机。
9.根据本公开的实施例，代理模块还用于对第三方网站提供量子计算机的整机调用接口，以使第三方网站通过整机调用接口调用量子计算云平台接入的量子计算机。
10.根据本公开的实施例，代理模块还用于接入量子计算机模拟器。
11.根据本公开的实施例，对量子计算机进行任务队列管理以及对量子计算任务进行调度，具体包括：对于用户不指定量子计算机的量子计算任务，根据各量子计算任务的执行细节和/或各量子计算机的执行状态自动分配量子计算机执行量子计算任务。
12.根据本公开的实施例，用户管理包括权限申请、权限管理；信息管理包括用户账号信息的维护、信息设置、信息展示；实验管理包括实验输入、实验提交、实验结果展示、实验结果下载。
13.根据本公开的实施例，网站前端、网站后端、功能服务模块和代理模块各自实现的
功能之间相互解耦。
14.本公开第二方面还提供一种基于上述量子计算云平台的量子计算方法，包括：通过网站前端发起用户管理的请求、信息管理的请求和实验管理的请求；通过网站后端响应用户管理的请求、信息管理的请求和实验管理的请求，以实现用户管理的需求、信息管理的需求和实验管理的请求的需求；通过功能服务模块对用户发起的量子计算任务进行权限确认；在权限确认通过后，通过代理模块为用户提供统一调用接口，调用相应的量子计算机处理量子计算任务；将量子计算得到的实验结果返回功能服务模块进行存储和/将实验结果发送至网站前端显示给用户。
15.根据本公开实施例提供的量子计算云平台和量子计算方法，至少包括以下有益效果：
16.该量子计算云平台通过配置代理模块对量子计算机进行包装，以对用户提供量子计算机的统一调用接口，实现了多种量子计算的统一接入问题，用户不需要了解每个量子计算的操作方式或特点，而可以采用统一的方式，甚至统一的程序即可使用不同量子计算机，极大地提升了量子计算的扩展性和通用性。
17.该量子计算云平台还通过配置代理模块接入第三方网站或供应商包装的量子计算机，为高阶用户/第三方网站提供整机调用的实现形式，实现对外提供整机调用服务，进一步地，提升了量子计算的扩展性和通用性。
18.该量子计算云平台将量子计算的各大功能模块进行分离/解耦，使各项开发、发展更具针对性。
附图说明
19.通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
20.图1示意性示出了本公开实施例提供的量子计算云平台的结构图。
具体实施方式
21.为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
22.在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
23.在本公开中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。
24.在本公开的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“长度”、“周向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的子系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。
25.贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。可能导致本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。并且图中各部件的形状、尺寸、位置关系不反映真实大小、比例和实际位置关系。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。
26.类似地，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分到单个实施例、图或者对其描述中。参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或者多个实施例或示例中以合适的方式结合。
27.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。
28.在实现本公开构思的过程中，申请人发现，虽然量子计算在计算原理上具备对指定问题的并行计算能力，但是在计算任务上(程序线路执行上)却为串行，因此，如何将量子计算工作时间安排饱和，是需要从应用角度解决的问题。而为了保证量子计算机自身的功能专注性，解决该问题可以通过调用量子计算机的前级上实现。量子计算云平台是一个典型的量子计算机前级系统，基于此，本公开是实施例提供一种量子计算云平台，可以接入多台套量子计算机，并为用户和前端提供指令编程甚至整机调用/套用的解决方案，以最大限度地发挥量子计算机的可用性。下面结合具体的实施例进行详细介绍。
29.图1示意性示出了本公开实施例提供的量子计算云平台的结构图。
30.如图1所示，该量子计算云平台例如可以包括网站前端、网站后端、功能服务模块及代理模块，其中：
31.网站前端用于用户管理、信息管理和实验管理。
32.在本公开实施例中，用户管理包括权限申请、权限管理；信息管理包括用户账号信息的维护、信息设置、信息展示；实验管理包括实验输入、实验提交、实验结果展示、实验结果下载。具体地，网站前端主要负责web页面上，用户所能见到的内容，如信息展示、交流互动、用户信息管理，以及管理人员维护网站前端显示所需的各类信息设置、信息管理、用户信息管理、权限申请等界面。网站前端的功能几乎与量子计算无直接关系，仅名称上可能有关联，网站的工作模式可以是经典网站结构。示例性地，网站的前端可以包括管理后台和首页，通过管理后台实现对网站前端的管理，通过首页实现知识库、答疑解惑、实验室等。
33.网站后端，用于响应用户管理的需求、信息管理的需求和实验管理的需求，例如响应前端显示的数据查询，处理等需求以及完成实验管理(输入与输出)、编译服务等。
34.功能服务模块，连接网站后端，用于负责与量子计算相关的业务。
35.在本公开实施例中，与量子计算关联的业务例如可以包括用户量子程序的存储管理和/或实验运行结果管理和/或量子编程语言到机器语言的编译、用户对各量子计算机使用权限的确认。
36.代理模块，连接功能服务模块，用于对量子计算机进行包装，以对用户提供量子计算机的统一调用接口，并对量子计算机进行任务队列管理以及对量子计算任务进行调度。量子计算机包括各类不同物理方案实现的量子计算机以及不同提供来源的量子计算机。
37.在本公开实施例中，代理模块还可以用于接入量子计算机模拟器，量子计算机模拟器也可以包括各类不同物理方案实现的量子计算机模拟器以及不同提供来源的量子计算机模拟器。
38.在本公开实施例中，代理模块直接与量子计算机对接，是功能服务模块与量子计算机之间的桥梁。其中，代理模块可以由物理机实现，具体本公开不做限制。由于量子计算的方案不同，实现厂家不同，会使量子计算机具备接入的特殊性，需要针对不同的量子计算机实现适配，因此，本公开实施例通过配置代理模块对不同的量子计算机按照指定的标准进行包装，从而为用户提供量子计算机的统一调用接口，实现了多种量子计算机的统一接入问题，从用户侧得到使用量子计算机的统一性，但各量子计算机人可以保留其本技术的特殊性，用户不需要了解每个量子计算的操作方式或特点，而可以采用统一的方式，甚至统一的程序即可使用不同量子计算机。示例性地，对量子计算机a采用第一标准进行包装，对量子计算机b采用第二标准进行包装，不同量子计算机对应的包装标准可以根据实际需求设定，本公开不做限制。
39.在本公开实施例中，统一调用接口为软件工具开发包(software development kit，sdk)接口，以便更好地进行调用及调用接口的配置。
40.进一步地，在功能上，对量子计算机进行任务队列管理以及对量子计算任务进行调度具体可以包括：对于用户不指定量子计算机的量子计算任务，根据各量子计算任务的执行细节和/或各量子计算机的执行状态自动分配量子计算机执行量子计算任务。量子计算任务的执行细节可以指量子计算任务的执行的起止运行时间等，量子计算机的执行状态可以指量子计算机负载等。
41.在上述实施例的基础上，代理模块还可以对第三方网站或高阶用户提供量子计算机的整机调用接口，第三方网站或高阶用户可以通过整机调用接口调用量子计算云平台接入的量子计算机，进一步提升量子计算的扩展性和通用性。例如，代理模块还可以接入第三方包装的量子计算机c，与量子计算a和量子计算b统一接入，供用户或第三方网站调用。
42.此外，在该量子计算云平台中，网站前端、网站后端、功能服务模块和代理模块各自实现的功能之间相互解耦，各司其职，单独优化和升级某一功能模块，其他功能模块可以无需改动，使得量子计算机平台的使各项开发、发展更具针对性及灵活性。
43.需要说明的是，网站前端、网站后端可以根据功能，美观要求，利用现有网站开发技术来实现，如jsp，php，asp，sql等。
44.功能服务模块、代理模块的功能实现可以跳出网站开发的范畴，主要依靠在电子计算机上执行定制开发的软件程序来完成与上下游端口的对接和对应的处理操作。这两类模块也可以做成专用的类似电子计算机或仪器设备来完成设定的代理功能。就其功能实现上，这两类模块可以采用c语言，python等程序开发语言，根据约定的功能接口和具体功能
要求，完成其功能实现。本公开实施例重点描述功能分类和功能之间的逻辑关系，以便做到功能解耦和独立开发。对开发流程不做特定限制。
45.功能服务模块和代理模块都可以运行在服务器电脑上，采用java语言开发，以纯软件程序的形式实现功能。服务器硬件上通过网口与互联网连接，网络请求的统一接口调用，整机调用接口由功能服务模块进行响应与处理。量子计算机a、b、c通过网络接口，网络指令，与代理模块连接，由代理模块按照程序设定与量子计算机完成通信与交互。
46.功能服务模块和代理模块的功能也可以实现在定制的电子硬件设备或仪器设备上，达到上述功能效果。
47.基于同一发明构思，本公开实施例还提供一种上述量子计算云平台的量子计算方法，该量子计算方法例如可以包括：
48.通过网站前端发起用户管理的请求、信息管理的请求和实验管理的请求。
49.通过网站后端响应用户管理的请求、信息管理的请求和实验管理的请求，以实现用户管理的需求、信息管理的需求和实验管理的需求。
50.通过功能服务模块对用户发起的量子计算任务进行权限确认。
51.在权限确认通过后，通过代理模块为用户提供统一调用接口，调用相应的量子计算机处理量子计算任务。
52.将量子计算得到的实验结果返回功能服务模块进行存储和/或将实验结果发送至网站前端显示给用户
53.需要说明的是，本公开提供的量子计算方法实施部分与量子计算云平台实施部分对应，其具体的实施细节及带来的技术想过相同或相似，此处不再赘述。
54.以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。