[發(fā)明專利]一種量子除法器的設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011358674.0
• 申請(qǐng)日: 2020-11-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112394905B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-11-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）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(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶郵電大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F7/535
• 分類號(hào): G06F7/535;G06N10/20;G06F7/485
• 代理公司: 北京同恒源知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275
• 代理人: 楊柳岸

1.一種量子除法器的設(shè)計(jì)方法，其特征在于：該方法包括以下步驟：

S1：利用量子門設(shè)計(jì)n位量子比較器，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)n位二進(jìn)制數(shù)的比較運(yùn)算；

S2：利用量子門設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)得到量子除法器；

S4：采用經(jīng)典計(jì)算機(jī)與IBM實(shí)驗(yàn)室提供的開(kāi)源量子云模擬器搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)并進(jìn)行仿真模擬實(shí)現(xiàn)量子除法運(yùn)算；

所述步驟S1具體為：

給定兩個(gè)n比特量子態(tài)組成的復(fù)合系統(tǒng)|a|b,采用量子比特串比較器QBSC實(shí)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(yùn)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(shí)現(xiàn)還需要另外2個(gè)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(jié)果信息，|a和|b分別為進(jìn)行比較的兩個(gè)量子比特串；

所述步驟S2具體為：

n個(gè)一位的量子減法器疊加在一起，構(gòu)成n位量子比特的等位相減，從最低位開(kāi)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(fù)用，實(shí)現(xiàn)循環(huán)，直到完成最高位的相減，最后得出相減的結(jié)果；

所述步驟S3具體為：

S31，利用比較器對(duì)除數(shù)N和被除數(shù)M進(jìn)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(duì)齊，比較結(jié)果作為控制位a，控制位a的值為：當(dāng)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(duì)齊的量子比特時(shí)，控制位為0；反之為1；a作為控制位，控制商S的最高位，當(dāng)控制位結(jié)果為1時(shí)，商S賦值1；當(dāng)控制位結(jié)果為0時(shí)，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(yùn)算；減法運(yùn)算的結(jié)果為b，除數(shù)與b的次高位對(duì)齊，并以b的最高位c為控制位對(duì)商的次高位賦值，c同時(shí)也是減法的控制位；

S33，S32減法運(yùn)算的結(jié)果為d，d作為新的循環(huán)的開(kāi)始，除數(shù)N表示的量子比特與d的次高位對(duì)齊；

S34，重復(fù)S31、S32、S33，直到所有表示被除數(shù)M的量子比特參與完成運(yùn)算，此時(shí)結(jié)果保留到整數(shù)位，若進(jìn)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(fù)S31、S32、S33，結(jié)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(guān)，添加的|0比特越多結(jié)果越精確；

所述步驟S4具體為：

利用開(kāi)源量子計(jì)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(yǔ)言模擬并實(shí)現(xiàn)量子除法運(yùn)算仿真。