[發明專利]一種量子除法器的設計方法

有效

• 申請號: 202011358674.0
• 申請日: 2020-11-27
• 公開（公告）號: CN112394905B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（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: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 楊柳岸

本發明涉及一種量子除法器的設計方法，屬于量子運算領域。該方法包括以下步驟：S1：利用量子門設計n位量子比較器，實現兩個n位二進制數的比較運算；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量子除法運算。本發明通過加入輔助量子比特并進行復用，使得量子除法運算得以實現，并提高了量子除法運算的性能，為處理更復雜的量子計算打下了基礎。

技術領域

本發明屬于量子運算領域，涉及一種量子除法器的設計方法。

背景技術

基于量子力學原理，量子計算利用量子有效地解決了經典計算機無法克服的數學問題。隨著量子計算理論和量子計算機的進一步研究，應用于各個領域的量子算法也在不斷被研究和設計實現。量子算法是量子計算的核心，它的潛力遠優于經典的算法。量子計算機對比于經典計算機有自己的優勢和狀態，量子計算機的存儲單元是量子比特，量子比特理論上包含了無數的信息，這是因為量子比特的狀態不僅可以為0或者1，還可以是0和1的疊加態，而經典計算機的比特只能為0或者1，這就是量子比特和經典比特的不同。目前關于量子算法的研究很多，從最開始的量子算法到現在，量子算法也在不斷完善和創新，能夠實現更多更復雜的功能。

除法運算是四則運算的一種，是最基本的運算之一，經常被運用在各個研究領域，除法運算在數字信號處理和數字通信領域應用廣泛，如何實現快速高效的除法運算關系著整個系統的運算速度。關于量子除法器的算法設計與研究屬于空缺，因此，探尋量子除法器的設計及實現方法具有重要的意義。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種量子除法器的設計方法。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種量子除法器的設計方法，該方法包括以下步驟：

S1：利用量子門設計n位量子比較器，實現兩個n位二進制數的比較運算；

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量子除法運算。

可選的，所述步驟S1具體為：

給定兩個n比特量子態組成的復合系統|a|b,采用量子比特串比較器QBSC實現量子比特串|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，l為復合系統|a|b包含的總量子比特數，比較器的實現還需要另外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|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。

可選的，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，實現循環，直到完成最高位的相減，最后得出相減的結果。

可選的，所述步驟S3具體為：