[發(fā)明專利]一種量子除法器的設計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011358674.0
• 申請日: 2020-11-27
• 公開（公告）號: CN112394905B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發(fā)明（設計）人: 袁素真;高勝威;文超;卿顯榮;喬治欽;王艷;王玉嬋;胡澤銳
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: G06F7/535
• 分類號: G06F7/535;G06N10/20;G06F7/485
• 代理公司: 北京同恒源知識產(chǎn)權代理有限公司 11275
• 代理人: 楊柳岸

1.一種量子除法器的設計方法，其特征在于：該方法包括以下步驟：

S1：利用量子門設計n位量子比較器，實現(xiàn)兩個n位二進制數(shù)的比較運算；

S2：利用量子門設計等位和不等位量子減法器；

S3：將步驟S1和S2中的比較器和減法器綜合設計得到量子除法器；

S4：采用經(jīng)典計算機與IBM實驗室提供的開源量子云模擬器搭建實驗平臺并進行仿真模擬實現(xiàn)量子除法運算；

所述步驟S1具體為：

給定兩個n比特量子態(tài)組成的復合系統(tǒng)|a|b,采用量子比特串比較器QBSC實現(xiàn)量子比特串|a＝|a_n-1a_n-2...a₀|和|b＝|b_n-1b_n-2...b₀|的比較運算，QBSC是如下所示的酉演化U_CMP：

U_CMP|a|b|0|0＝|a|b|0|c

其中，比較器的實現(xiàn)還需要另外2個被初始化為0的輔助量子比特；|0并未攜帶任何有用的信息，最后的量子比特態(tài)|c攜帶比較所得的結果信息，|a和|b分別為進行比較的兩個量子比特串；

所述步驟S2具體為：

n個一位的量子減法器疊加在一起，構成n位量子比特的等位相減，從最低位開始相減，其借位作為下一次減法的上一次的借位，這樣將借位置零交替復用，實現(xiàn)循環(huán)，直到完成最高位的相減，最后得出相減的結果；

所述步驟S3具體為：

S31，利用比較器對除數(shù)N和被除數(shù)M進行比較，比較之前先將表示除數(shù)N的量子比特與表示被除數(shù)M的量子比特從高位到低位依次對齊，比較結果作為控制位a，控制位a的值為：當除數(shù)N表示的量子比特小于被除數(shù)M所表示的量子比特中與除數(shù)N對齊的量子比特時，控制位為0；反之為1；a作為控制位，控制商S的最高位，當控制位結果為1時，商S賦值1；當控制位結果為0時，商S賦值0；

S32，將S31中的a作為控制位，在減法器的作用下，控制減法運算；減法運算的結果為b，除數(shù)與b的次高位對齊，并以b的最高位c為控制位對商的次高位賦值，c同時也是減法的控制位；

S33，S32減法運算的結果為d，d作為新的循環(huán)的開始，除數(shù)N表示的量子比特與d的次高位對齊；

S34，重復S31、S32、S33，直到所有表示被除數(shù)M的量子比特參與完成運算，此時結果保留到整數(shù)位，若進一步保留到小數(shù)，則在表示被除數(shù)M的量子比特后增加新的狀態(tài)為|0的量子比特作為被除數(shù)的低位，再次重復S31、S32、S33，結果保留到小數(shù)位，小數(shù)位的精確程度與添加的|0比特的數(shù)量有關，添加的|0比特越多結果越精確；

所述步驟S4具體為：

利用開源量子計算工具包QISKIT以及Anaconda提供的包管理和環(huán)境管理功能，用Python語言模擬并實現(xiàn)量子除法運算仿真。