技术领域
[0001] 本
发明涉及量子计算技术领域，尤其涉及一种创新量子计算架构的基于分布式
量子计算机的搜索方法及系统。
背景技术
[0002] 随着量子计算和量子信息技术的发展，分布式量子计算应运而生。通过量子网络将量子计算机连接起来能获得更强的计算能
力。分布式量子计算具有
逻辑门级并行能力，与传统的并行计算相比，这是更底层的并行。
[0003] 最近，量子计算及其物理实现取得了巨大的进展，如美国IBM和英特尔公司分别宣称他们建造了具有50和49
量子比特位的量子计算机，谷歌公司也正伺机而动。然而挑战依然存在，我们不能仅仅满足于量比特的数量增加，因为它们只告诉了我们事实的一部分。更关键的是量比特的性能好坏，以及
算法是否高效。所有的量子计算都必须在退相干效应发生并扰乱量子比特前完成。而在目前的条件下，一群预先组装好的量子比特位会在几个微秒内就发生退相干。在这么短的时间内所能完成的逻辑操作的次数，取决于量子
逻辑门切换的速度。如果这个速度过慢的话，有再多量子比特位也没用。一次计算所需要的逻辑门操作的次数被称为深度，很显然低深度的量子算法比高深度的算法更容易实现和控制。但问题的关键是它们能不能承担有意义的计算任务，尤其是量子搜索计算首当其冲。
发明内容
[0004] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种分布式量子搜索方法和装置，用以克服量比特数量和消相干效应的技术问题，确保能针对多模式大容量
数据库进行快速搜索，以减少搜索次数。
[0005] 第一方面，本发明提供一种基于分布式量子计算机的搜索方法，所述方法包括以下步骤：
[0006] S1、根据对
指定数据库的分
块，准备相应的N/K个单
节点量子计算机，其中，K表示指定数据库的分块数量，所述N表示数据库中总的数据项，K为大于等于1的自然数，N为大于等于2的自然数；
[0007] S2、利用
量子信道将分布的所述单节点量子计算机相互连接；
[0008] S3、有效初始化量比特，制备量子态；
[0009] S4、对所述指定数据库执行多模式量子搜索；
[0010] S5、针对每个所述分块实施局部变换；
[0011] S6、对所有量子态执行1次关于平均值的反转操作，测量每个量比特。
[0012] 优选地，所述步骤S1包括：
[0013] S11、每个单节点量子计算机包括一个量子寄存器和有限的量比特的计算系统，均实现了一组普适逻辑门；
[0014] S12、每个单节点量子计算机中对量子位执行量子逻辑运算，所述量子逻辑运算包括：针对每个数据块将相应的状态向量乘以2^n×b的矩阵，其中，b表示数据库中数据块的比例；
[0015] S13、通过去中心化的
对等网络协议注册和管理多个分布的单节点量子计算机，每对分布的单节点都是通过量子密钥分发链路相连接。
[0016] 优选地，所述单节点计算系统的相干时间大于所述普适逻辑门操作时间。
[0017] 优选地，所述步骤S2包括：
[0018] S21、通过量子信道将多个所述单节点量子计算机连接在一起，使得做计算的量比特和用于信息传输的量比特之间能够进行转换；
[0019] S22、当相互通信的所述单节点量子计算机之间在信息发送和接收完成之后才进入下一步计算，以确保所述单节点量子计算机之间执行进度的同步。
[0020] 优选地，所述搜索方法还包括：
[0021] 制备等振幅初始态
[0022]
[0023] 其中，n为描述N项数据库需要的量子位，n是自然数。
[0024] 优选地，所述步骤S4中，对整个数据库执行多模式量子搜索，执行[0025]
[0026] 次后
迭代停止，其中，p表示同时搜索的目标数。
[0027] 优选地，对每个分块同时执行 次迭代搜索，非目标块的态振幅不受影响，目标块中态的振幅为负，并且所有量子态的平均振幅等于非目标块中每个量子态振幅的一半，即
[0028]
[0029] 优选地，所述步骤S6包括：
[0030] 对所有量子态执行1次关于平均值的反转操作，使所述非目标块中的所有态的振幅变为零，即
[0031]
[0032] 此时仅剩目标块，即搜索到了目标块，以完成所述多模式量子搜索。
[0033] 第二方面，一种基于分布式量子计算机的搜索系统，所述系统包括：指定数据库及多个单节点量子计算机，所述基于分布式量子计算机的搜索系统采用以下方法实现搜索：
[0034] S1、根据对指定数据库的分块，准备相应的N/K个单节点量子计算机，其中，K表示指定数据库的分块数量，所述N表示数据库中总的数据项，K为大于等于1的自然数，N为大于等于2的自然数；
[0035] S2、利用量子信道将分布的所述单节点量子计算机相互连接；
[0036] S3、有效初始化量比特，制备量子态；
[0037] S4、对所述指定数据库执行多模式量子搜索；
[0038] S5、针对每个所述分块实施局部变换；
[0039] S6、对所有量子态执行1次关于平均值的反转操作，测量每个量比特。
[0040] 本发明所提供的基于分布式量子计算机的搜索方法及系统，克服了量比特数量和消相干效应的技术问题，确保能针对多模式大容量数据库进行快速搜索，减少了搜索次数。
附图说明
[0041] 为了更清楚地说明本发明
实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0042] 图1示出了本发明实施例的基于分布式量子计算机的搜索方法的流程示意图。
[0043] 图2示出了本发明实施例的基于分布式量子计算机的搜索系统结构示意图。
具体实施方式
[0044] 下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明，并不被配置为限定本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。
[0045] 需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0046] 实施例1
[0047] 本发明提出一种基于分布式量子计算机的搜索方法，其本质是基于现有量子计算的
硬件基础，利用量子信道将多节点态的量子计算机连接起来进行协同工作，以此提供更多数量的量比特来提升位数优势以获得更强计算力，同时将量子计算的纠缠控制在两台远距离的机器上以克服消相干问题。
[0048] 请参见图1，本发明提供一种基于分布式量子计算机的搜索方法，所述方法包括以下步骤：
[0049] S1、根据对指定数据库的分块，准备相应的N/K个单节点量子计算机，其中，K表示指定数据库的分块数量，所述N表示数据库中总的数据项，K为大于等于1的自然数，N为大于等于2的自然数；
[0050] S2、利用量子信道将分布的所述单节点量子计算机相互连接；
[0051] S3、有效初始化量比特，制备量子态；
[0052] S4、对所述指定数据库执行多模式量子搜索；
[0053] S5、针对每个所述分块实施局部变换；
[0054] S6、对所有量子态执行1次关于平均值的反转操作，测量每个量比特。
[0055] 本发明所提供的基于分布式量子计算机的搜索方法及系统，克服了量比特数量和消相干效应的技术问题，确保能针对多模式大容量数据库进行快速搜索，减少了搜索次数。
[0056] 优选地，所述步骤S1包括：
[0057] S11、每个单节点量子计算机包括一个量子寄存器和有限的量比特的计算系统，均实现了一组普适逻辑门；
[0058] S12、每个单节点量子计算机中对量子位执行量子逻辑运算，所述量子逻辑运算包括：针对每个数据块将相应的状态向量乘以2^n×b的矩阵，其中，b表示数据库中数据块的比例；
[0059] S13、通过去中心化的对等网络协议注册和管理多个分布的单节点量子计算机，每对分布的单节点都是通过量子密钥分发链路相连接。
[0060] 优选地，所述单节点计算系统的相干时间大于所述普适逻辑门操作时间。
[0061] 优选地，所述步骤S2包括：
[0062] S21、通过量子信道将多个所述单节点量子计算机连接在一起，使得做计算的量比特和用于信息传输的量比特之间能够进行转换；
[0063] S22、当相互通信的所述单节点量子计算机之间在信息发送和接收完成之后才进入下一步计算，以确保所述单节点量子计算机之间执行进度的同步。
[0064] 优选地，所述搜索方法还包括：
[0065] 制备等振幅初始态
[0066]
[0067] 其中，n为描述N项数据库需要的量子位，n是自然数。
[0068] 优选地，所述步骤S4中，对整个数据库执行多模式量子搜索，执行[0069]
[0070] 次后迭代停止，其中，p表示同时搜索的目标数。
[0071] 优选地，对每个分块同时执行 次迭代搜索，非目标块的态振幅不受影响，目标块中态的振幅为负，并且所有量子态的平均振幅等于非目标块中每个量子态振幅的一半，即
[0072]
[0073] 优选地，所述步骤S6包括：
[0074] 对所有量子态执行1次关于平均值的反转操作，使所述非目标块中的所有态的振幅变为零，即
[0075]
[0076] 此时仅剩目标块，即搜索到了目标块，以完成所述多模式量子搜索。
[0077] 实施例2
[0078] 第二方面，一种基于分布式量子计算机的搜索系统，所述系统包括：指定数据库400及多个单节点量子计算机100，200，300，所述基于分布式量子计算机的搜索系统采用以下方法实现搜索：
[0079] S1、根据对指定数据库的分块1，2…N-1，准备相应的N/K个单节点量子计算机，其中， K表示指定数据库的分块数量，所述N表示数据库中总的数据项，K为大于等于1的自然数， N为大于等于2的自然数；
[0080] S2、利用量子信道将分布的所述单节点量子计算机相互连接；
[0081] S3、有效初始化量比特，制备量子态；
[0082] S4、对所述指定数据库执行多模式量子搜索；
[0083] S5、针对每个所述分块实施局部变换；
[0084] S6、对所有量子态执行1次关于平均值的反转操作，测量每个量比特。
[0085] 需要明确的是，本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本发明的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本发明的精神后，作出各种改变、
修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。
[0086] 以上所述的结构
框图中所示的功能块可以实现为硬件、
软件、
固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是
电子电路、
专用集成电路(ASIC)、适当的固件、
插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据
信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括
电子电路、
半导体存储器设备、ROM、闪存、可擦除ROM(EROM)、
软盘、CD-ROM、光盘、
硬盘、光纤介质、射频(RF)链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的
计算机网络被下载。
[0087] 还需要说明的是，本发明中提及的示例性实施例，基于一系列的步骤或者装置描述一些方法或系统。但是，本发明不局限于上述步骤的顺序，也就是说，可以按照实施例中提及的顺序执行步骤，也可以不同于实施例中的顺序，或者若干步骤同时执行。
[0088] 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉
本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。
