[發明專利]一種量子化生物種群數量估計方法

有效

• 申請號: 202110471574.7
• 申請日: 2021-04-29
• 公開（公告）號: CN113095467B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 呂鵬;魏世杰;龍桂魯
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G06N3/006
• 分類號: G06N3/006;G06N10/60
• 代理公司: 北京億騰知識產權代理事務所(普通合伙) 11309
• 代理人: 張靜娟;陳霽

本發明實施例提供了一種量子化生物種群數量估計方法，該方法包括：獲取多個生物種群在第一時刻的數量；根據多個生物種群在第一時刻的數量、和第一量子線路，依次獲得多個生物種群在第一時刻之后的N個時刻的數量，其中，第一量子線路根據生物種群相互競爭模型預先建立。相對于基于經典計算機的估計方法，采用該方法減少了使用的計算資源。

技術領域

本發明涉及量子計算和量子生物領域，尤其涉及一種量子化生物種群數量估計方法。

背景技術

在很多領域中，利用非線性方程進行狀態或演化的模擬和計算是很常見的，例如利用生物種群相互競爭的演化方程、復雜流體的動力學方程等來獲取相應的演化或狀態結果。目前，線性微分方程已經有通解方法而且對線性系統的研究也已非常詳盡，對于一般的非線性微分方程，找到解析解是很困難甚至不可能的。所以，對于演化的生物競爭種群數量的估計，可以通過獲取非線性微分方程的數值解的方法來得到估計結果。但是，現有的基于經典計算機的獲取估計結果的方法，耗費的計算資源很大。

因此，對于大規模生物種群的種群數量的演化，需要一種新的估計方法。

發明內容

本發明的實施例提供一種量子化生物種群數量估計方法，相較于基于經典計算機的數值估計方法，可以大大減少消耗的計算資源。

本發明為解決上述技術問題采用的技術方案為，一方面提供一種量子化生物種群數量估計方法，所述方法包括：

獲取多個生物種群在第一時刻的數量；

根據所述多個生物種群在第一時刻的數量、和第一量子線路，依次獲得所述多個生物種群在第一時刻之后的N個時刻的數量，其中，所述第一量子線路根據生物種群相互競爭模型預先建立。

優選地，獲得多個生物種群在所述N個時刻中包含的第二時刻的數量包括：

根據多個生物種群在第二時刻的前一個時刻的數量，確定第一量子態，將所述第一量子態通過第一量子線路，獲得第二量子態；

通過測量第二量子態，確定多個生物種群在第二時刻的數量。

優選地，所述生物種群相互競爭模型的數學表達式為：

其中，n為生物種群個數，x_j(t)為各生物種群隨時間變化的種群數量，j＝1，2，..，n，z_j(t)＝x_j(t)/N_j，λ_j是第j個種群的種群數量的固有增長率，N_j是第j個種群的最大容量，是指對于供養第j個種群的資源來說，單位數量的第k個種群對該資源的消耗速率與單位數量的第j個種群對該資源的消耗速率之比，且當k＝j時有

具體地，根據多個生物種群在第二時刻的前一個時刻的數量，確定第一量子態，將所述第一量子態通過第一量子線路，獲得第二量子態，包括：

根據多個生物種群在第二時刻的前一個時刻的數量，確定第一量子態，制備兩份第一量子態，根據兩份第一量子態的直積獲得第三量子態，將第三量子態輸入第一量子線路，獲得第二量子態。

具體地，制備兩份第一量子態，根據兩份第一量子態的直積獲得第三量子態，其數學表示式為：

其中，|Φ^(m)為第三量子態，|ψ^(m)為第一量子態，為t＝m·τ時刻的各生物種群的種群數量、τ為迭代時間步長。

具體地，所述第一量子線路通過以下步驟建立：

根據生物種群相互競爭模型確定第一量子算符，所述第一量子算符用于依據第一量子態，和生物種群相互競爭模型中多個生物種群在前時刻的數量對應的量子態，確定多個生物種群在后時刻的數量對應的量子態；