量子资源估计方法、装置和电子设备
阅读：232发布：2020-05-08
专利汇可以提供量子资源估计方法、装置和电子设备专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 申请 公开了量子资源估计方法、装置和 电子 设备，涉及 量子计算 领域。根据第一矩阵和第二矩阵，获得目标量子 门 的多个第一函数值，其中，所述第一矩阵和所述第二矩阵的行数相同，且列数相同；根据所述多个第一函数值中目标值的个数，计算所述目标量子门的第二函数值，第二函数值与目标量子门作用的 量子比特 个数相关联；根据所述第二函数值，确定所述目标量子门所需要的资源量子门数量。本申请中的方法，并不限定目标量子门对应的矩阵为对 角 矩阵，可提高对目标量子门进行资源估计的效果。，下面是量子资源估计方法、装置和电子设备专利的具体信息内容。
1.一种量子资源估计方法，其特征在于，包括：
根据第一矩阵和第二矩阵，获得目标量子门的多个第一函数值，其中，所述第一矩阵和所述第二矩阵的行数相同，且列数相同；
根据所述多个第一函数值中目标值的个数，计算所述目标量子门的第二函数值，所述第二函数值与目标量子门作用的量子比特个数相关联；
根据所述第二函数值，确定所述目标量子门所需要的资源量子门数量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据第一矩阵和第二矩阵，计算目标量子门的多个第一函数值，包括：
根据如下函数，获得目标量子门的多个第一函数值：
其中，U为所述目标量子门对应的矩阵；
u＝(a1,a2,a3,a4,...,a2n-1,a2n)；
g＝(b1,b2,b3,b4,...,b2n-1,b2n)；
a1,a2,...,a2n,b1,b2,...,b2n的取值为0或1；
i为虚数；
n为所述目标量子门作用的量子比特的个数；
为U的共轭转置矩阵；
为所述第一矩阵， 为所述第二矩阵。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述多个第一函数值中目标值的个数，计算所述目标量子门的第二函数值，包括：
根据所述多个第一函数值中目标值的个数，采用如下函数计算所述目标量子门的所述第二函数值：
v(U)＝2n-log2 s(U)；
其中，s(U)为所述目标量子门的所述多个第一函数值中目标值的个数。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述目标值为1和-1。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述第二函数值，确定所述目标量子门所需要的资源量子门数量，包括：
若所述目标量子门的第二函数值为0，则确定所述目标量子门所需要的资源量子门数量为0。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述第二函数值，确定所述目标量子门所需要的资源量子门数量，包括：
若所述目标量子门的第二函数值不为0，则根据所述第一矩阵和所述第二矩阵，计算所述资源量子门的多个第一函数值；
根据所述资源量子门的多个第一函数值中目标值的个数，计算所述资源量子门的第二函数值；
获取所述目标量子门的第二函数值与所述资源量子门的第二函数值之间的比值；
将不小于所述比值的最小整数值，确定为合成所述目标量子门所需所述资源量子门的数量的下界。
7.根据权利要求5所述的量子资源估计方法，其特征在于，若所述目标量子门的克里福德零化度为0，则确定所述目标量子门所需要的资源量子门数量为0之后，还包括：
通过克里福德酉门对所述目标量子门进行合成。
8.一种量子资源估计装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于根据第一矩阵和第二矩阵，获得目标量子门的多个第一函数值，其中，所述第一矩阵和所述第二矩阵的行数相同，且列数相同；
计算模块，用于根据所述多个第一函数值中目标值的个数，计算所述目标量子门的第二函数值，所述第二函数值与目标量子门作用的量子比特个数相关联；
确定模块，用于根据所述第二函数值，确定所述目标量子门所需要的资源量子门数量。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述计算模块，用于：
根据如下函数，获得目标量子门的多个第一函数值：
其中，U为所述目标量子门对应的矩阵；
u＝(a1,a2,a3,a4,...,a2n-1,a2n)；
g＝(b1,b2,b3,b4,...,b2n-1,b2n)；
a1,a2,...,a2n,b1,b2,...,b2n的取值为0或1；
i为虚数；
n为所述目标量子门作用的量子比特的个数；
为U的共轭转置矩阵；
为所述第一矩阵， 为所述第二矩阵。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述计算模块，用于：
根据所述多个第一函数值中目标值的个数，采用如下函数计算所述目标量子门的所述第二函数值：
v(U)＝2n-log2 s(U)；
其中，s(U)为所述目标量子门的所述多个第一函数值中目标值的个数。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述目标值为1和-1。
12.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述确定模块，包括：
第一确定子模块，用于若所述目标量子门的第二函数值为0，则确定所述目标量子门所需要的资源量子门数量为0。
13.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述确定模块，包括：
第一计算子模块，用于若所述目标量子门的第二函数值不为0，则根据所述第一矩阵和所述第二矩阵，计算所述资源量子门的多个第一函数值；
第二计算子模块，用于根据所述资源量子门的多个第一函数值中目标值的个数，计算所述资源量子门的第二函数值；
获取子模块，用于获取所述目标量子门的第二函数值与所述资源量子门的第二函数值之间的比值；
第二确定子模块，用于将不小于所述比值的最小整数值，确定为合成所述目标量子门所需所述资源量子门的数量的下界。
14.根据权利要求12所述的量子资源估计装置，其特征在于，还包括：
合成模块，用于通过克里福德酉门对所述目标量子门进行合成。
15.一种电子设备，其特征在于，包括：
至少一个处理器；以及
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1-7中任一项所述的方法。
16.一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机指令用于使所述计算机执行权利要求1-7中任一项所述的方法。
量子资源估计方法、装置和电子设备
技术领域
背景技术
[0002] 量子门合成是量子计算中的一个重要研究方向，通过若干资源量子门(如T门)来合成目标量子门，这首先需要估计合成目标量子门至少需要的资源量子门个数。
[0003] 目前，在对合成目标量子门所需的资源量子门数量的下界进行估计时，解决的方法为：对于对角形式的量子门，通过计算其等价量子态的名为稳定零化度(stabilizer nullity)的资源度量来进行合成所需资源门下界(即资源量子门数量的下界)和量子门之间转换的估计。但是这种求解方式需要目标量子门的矩阵表达为对角矩阵。
[0005] 本申请实施例提供一种量子资源估计方法、装置和电子设备，以解决现有技术对量子门进行资源估计的效果较差的问题。
[0006] 为解决上述技术问题，本申请是这样实现的：
[0007] 本申请第一方面提供一种量子资源估计方法，包括：
[0008] 根据第一矩阵和第二矩阵，获得目标量子门的多个第一函数值，其中，所述第一矩阵和所述第二矩阵的行数相同，且列数相同；
[0009] 根据所述多个第一函数值中目标值的个数，计算所述目标量子门的第二函数值，所述第二函数值与目标量子门作用的量子比特个数相关联；
[0010] 根据所述第二函数值，确定所述目标量子门所需要的资源量子门数量。
[0011] 进一步的，所述根据第一矩阵和第二矩阵，计算目标量子门的多个第一函数值，包括：
[0012] 根据如下函数，获得目标量子门的多个第一函数值：
[0013]
[0014] 其中，U为所述目标量子门对应的矩阵；
[0015] u＝(a1,a2,a3,a4,...,a2n-1,a2n)；
[0016] g＝(b1,b2,b3,b4,...,b2n-1,b2n)；
[0017] a1,a2,...,a2n,b1,b2,...,b2n的取值为0或1；
[0018]
[0019]
[0020] i为虚数；
[0021] n为所述目标量子门作用的量子比特的个数；
[0022] 为U的共轭转置矩阵；
[0023] 为所述第一矩阵， 为所述第二矩阵。
[0024] 进一步的，所述根据所述多个第一函数值中目标值的个数，计算所述目标量子门的第二函数值，包括：
[0025] 根据所述多个第一函数值中目标值的个数，采用如下函数计算所述目标量子门的所述第二函数值：
[0026] v(U)＝2n-log2s(U)；
[0027] 其中，s(U)为所述目标量子门的所述多个第一函数值中目标值的个数。
[0028] 进一步的，所述目标值为1和-1。
[0029] 进一步的，所述根据所述第二函数值，确定所述目标量子门所需要的资源量子门数量，包括：
[0030] 若所述目标量子门的第二函数值为0，则确定所述目标量子门所需要的资源量子门数量为0。
[0031] 进一步的，所述根据所述第二函数值，确定所述目标量子门所需要的资源量子门数量，包括：
[0032] 若所述目标量子门的第二函数值不为0，则根据所述第一矩阵和所述第二矩阵，计算所述资源量子门的多个第一函数值；
[0033] 根据所述资源量子门的多个第一函数值中目标值的个数，计算所述资源量子门的第二函数值；
[0034] 获取所述目标量子门的第二函数值与所述资源量子门的第二函数值之间的比值；
[0035] 将不小于所述比值的最小整数值，确定为合成所述目标量子门所需所述资源量子门的数量的下界。
[0036] 进一步的，在所述若所述目标量子门的克里福德零化度为0，则确定所述目标量子门所需要的资源量子门数量为0之后，还包括：
[0037] 通过克里福德酉门对所述目标量子门进行合成。
[0038] 本申请第二方面提供一种量子资源估计装置，包括：
[0039] 获取模块，用于根据第一矩阵和第二矩阵，获得目标量子门的多个第一函数值，其中，所述第一矩阵和所述第二矩阵的行数相同，且列数相同；
[0040] 计算模块，用于根据所述多个第一函数值中目标值的个数，计算所述目标量子门的第二函数值，所述第二函数值与目标量子门作用的量子比特个数相关联；
[0041] 确定模块，用于根据所述第二函数值，确定所述目标量子门所需要的资源量子门数量。
[0042] 进一步的，所述计算模块，用于根据如下函数，获得目标量子门的多个第一函数值：
[0043]
[0044] 其中，U为所述目标量子门对应的矩阵；
[0045] u＝(a1,a2,a3,a4,...,a2n-1,a2n)；
[0046] g＝(b1,b2,b3,b4,...,b2n-1,b2n)；
[0047] a1,a2,...,a2n,b1,b2,...,b2n的取值为0或1；
[0048]
[0049]
[0050] i为虚数；
[0051] n为所述目标量子门作用的量子比特的个数；
[0052] 为U的共轭转置矩阵；
[0053] 为所述第一矩阵， 为所述第二矩阵。
[0054] 进一步的，所述计算模块，用于：
[0055] 根据所述多个第一函数值中目标值的个数，采用如下函数计算所述目标量子门的所述第二函数值：
[0056] v(U)＝2n-log2s(U)；
[0057] 其中，s(U)为所述目标量子门的所述多个第一函数值中目标值的个数。
[0058] 进一步的，所述目标值为1和-1。
[0059] 进一步的，所述确定模块，包括：
[0060] 第一确定子模块，用于若所述目标量子门的第二函数值为0，则确定所述目标量子门所需要的资源量子门数量为0。
[0061] 进一步的，所述确定模块，包括：
[0062] 第一计算子模块，用于若所述目标量子门的第二函数值不为0，则根据所述第一矩阵和所述第二矩阵，计算所述资源量子门的多个第一函数值；
[0063] 第二计算子模块，用于根据所述资源量子门的多个第一函数值中目标值的个数，计算所述资源量子门的第二函数值；
[0064] 获取子模块，用于获取所述目标量子门的第二函数值与所述资源量子门的第二函数值之间的比值；
[0065] 第二确定子模块，用于将不小于所述比值的最小整数值，确定为合成所述目标量子门所需所述资源量子门的数量的下界。
[0066] 进一步的，所述装置还包括：
[0067] 合成模块，用于通过克里福德酉门对所述目标量子门进行合成。
[0068] 本申请第三方面提供一种电子设备，其特征在于，包括：
[0069] 至少一个处理器；以及
[0070] 与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
[0071] 所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行第一方面所述的方法。
[0072] 本申请第四方面提供一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，所述计算机指令用于使所述计算机执行第一方面所述的方法。
[0073] 上述申请中的一个实施例具有如下优点或有益效果：
[0074] 根据第一矩阵和第二矩阵，获得目标量子门的多个第一函数值，其中，所述第一矩阵和所述第二矩阵的行数相同，且列数相同；根据所述多个第一函数值中目标值的个数，计算所述目标量子门的第二函数值，第二函数值与目标量子门作用的量子比特个数相关联；根据所述第二函数值，确定所述目标量子门所需要的资源量子门数量。本申请中的方法，并不限定目标量子门对应的矩阵为对角矩阵，可提高对目标量子门进行资源估计的效果。
[0076] 第二函数基于第一函数的结果进行计算，由于第一函数只涉及矩阵乘法和取迹的运算，且第一函数和第二函数均未用到优化算法等消耗资源的运算，计算过程简单，提高了对目标量子门进行资源估计的效率。
[0077] 在目标量子门的克里福德零化度为0时，可确定目标量子门的合成不需要资源量子门，即目标量子门所需要的资源量子门数量为0。通过计算目标量子门的克里福德零化度，可获知目标量子门是否需要通过资源量子门进行合成。
[0078] 通过目标量子门和资源量子门的克里福德零化度来确定合成目标量子门所需资源量子门的数量的下界，由于克里福德零化度只涉及矩阵乘法和取迹的运算，并不会用到优化算法等消耗资源的运算，可以简化运算过程，提高运算效率。
[0079] 在确定目标量子门所需要的资源量子门数量为0时，通过克里福德酉门对所述目标量子门进行合成。通过目标量子门的克里福德零化度，可估计实现量子计算任务时所需要的资源，从而估计这个量子计算任务实现的难易程度。
[0081] 附图用于更好地理解本方案，不构成对本申请的限定。其中：
[0082] 图1是根据本申请实施例提供的量子资源估计方法的流程图之一；
[0083] 图2是三比特控制X门示意图；
[0084] 图3是根据本申请实施例提供的量子资源估计方法的流程图之二；
[0085] 图4是根据本申请实施例提供的量子资源估计装置的结构图；
[0086] 图5是用来实现本申请实施例的量子资源估计方法的电子设备的框图。
具体实施方式
[0087] 以下结合附图对本申请的示范性实施例做出说明，其中包括本申请实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本申请的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
[0088] 参见图1，图1是本申请实施例提供的量子资源估计方法的流程图，如图1所示，本实施例提供一种量子资源估计方法，应用于电子设备，包括以下步骤：
[0089] 步骤101、根据第一矩阵和第二矩阵，获得目标量子门的多个第一函数值，其中，所述第一矩阵和所述第二矩阵的行数相同，且列数相同。
[0090] 第一矩阵和第二矩阵的行数相同，且列数相同，例如，第一矩阵和第二矩阵均可为两行两列的矩阵，第一矩阵可为 第二矩阵可为 根据第一矩阵和第二矩阵，获取目标量子门的多个第一函数值。
[0091] 第一函数值通过第一函数计算获得，在计算目标量子门的第一函数值时，对于每组输入至第一函数的输入值来说，都对应一个输出值，该输出值即第一函数值。输入值由第一矩阵、第二矩阵以及目标量子门对应的矩阵确定。对于一个目标量子门，可获得多个第一函数值。
[0092] 步骤102、根据所述多个第一函数值中目标值的个数，计算所述目标量子门的第二函数值，第二函数值与目标量子门作用的量子比特个数相关联。
[0093] 多个第一函数值为多个数值，这些数值为第一函数的计算结果，即输出值，输出值可能为1、-1、0.5等等，具体根据实际计算结果确定。目标值可为1和-1中的至少一种，例如，目标值为1和-1时，根据多个第一函数值中1和-1的个数，计算目标量子门的第二函数值。所述第二函数值与目标量子门作用的量子比特个数有关。
[0094] 步骤103、根据所述第二函数值，确定所述目标量子门所需要的资源量子门数量。
[0095] 根据第二函数值，确定目标量子门需要的资源量子门数量，例如，若第二函数值为0，则确定目标量子门需要的资源量子门数量为0。
[0096] 本申请实施例的量子资源估计方法，根据第一矩阵和第二矩阵，获得目标量子门的多个第一函数值，其中，所述第一矩阵和所述第二矩阵的行数相同，且列数相同；根据所述多个第一函数值中目标值的个数，计算所述目标量子门的第二函数值，第二函数值与目标量子门作用的量子比特个数相关联；根据所述第二函数值，确定所述目标量子门所需要的资源量子门数量。本申请中的方法，并不限定目标量子门对应的矩阵为对角矩阵，可提高对目标量子门进行资源估计的效果。
[0097] 在本申请一个实施例中，步骤101、根据第一矩阵和第二矩阵，计算目标量子门的多个第一函数值，包括：
[0098] 根据如下函数，获得目标量子门的多个第一函数值：
[0099]
[0100] 其中，U为所述目标量子门对应的矩阵，即U为所述资源量子门的矩阵表达；
[0101] u＝(a1,a2,a3,a4,...,a2n-1,a2n)；
[0102] g＝(b1,b2,b3,b4,...,b2n-1,b2n)；
[0103] a1,a2,...,a2n,b1,b2,...,b2n的取值为0或1；
[0104] 是张量积(tensor product)；
[0105] Cu和Cg是泡利矩阵；
[0106] i为虚数；
[0107] n为所述目标量子门作用的量子比特的个数；
[0108] 为U的共轭转置矩阵；
[0109] 为所述第一矩阵， 为所述第二矩阵。
[0110] 具体的，tr()为取迹运算，例如tr(A)为矩阵A的迹。第一函数值为泡利函数(即第一函数)的值，泡利函数为：
[0111]
[0112] 对于泡利函数，每次计算取向量u的一种取值，向量g的一种取值，并根据对应的Cu和Cg，计算得到一个泡利函数值(即一个第一函数值)。例如，若目标量子门作用的量子比特的个数为1， u＝(a1,a2)，g＝(b1,b2)，a1、a2、b1和b2的取值为0或1，那么，向量u的取值可为(0，0)、(0，1)、(1，0)和(1，1)，向量g的取值也可为(0，
0)、(0，1)、(1，0)和(1，1)。在本步骤中，需要将向量u和向量g所有可以取的值作为输入，计算获得相应的第一函数值。也就是说，本步骤中获得的多个第一函数值，是通过将向量u和向量g所有可以取的值取遍，并将取值输入到泡利函数后，计算获得的各输出值。
0)、(0，1)、(1，0)和(1，1)。在本步骤中，需要将向量u和向量g所有可以取的值作为输入，计算获得相应的第一函数值。也就是说，本步骤中获得的多个第一函数值，是通过将向量u和向量g所有可以取的值取遍，并将取值输入到泡利函数后，计算获得的各输出值。
[0113] 本实施例中，由于第一函数只涉及矩阵乘法和取迹的运算，并未用到优化算法等消耗资源的运算，计算过程简单，提高了对目标量子门进行资源估计的效率。
[0114] 在本申请一个实施例中，步骤102、根据所述多个第一函数值中目标值的个数，计算所述目标量子门的第二函数值，包括：
[0115] 根据所述多个第一函数值中目标值的个数，采用如下函数计算所述目标量子门的所述第二函数值：
[0116] v(U)＝2n-log2s(U)；
[0117] 其中，s(U)为所述目标量子门的所述多个第一函数值中目标值的个数。
[0118] 具体的，克里福德零化度由v(U)＝2n-log2s(U)定义。第二函数值可理解为克里福德零化度。目标值可为1和-1。
[0119] 量子门合成资源估计技术需要能判断出：量子门(即目标量子门)本身需不需要资源门(即资源量子门)，即一个量子门是否可以通过克里福德酉门来合成。在本申请中，可以利用克里福德零化度进行判断：如果目标量子门的克里福德零化度为0，则表明该量子门不需要特殊的资源门，用克里福德酉门就可以实现，反之需要进一步对所需资源门进行估计。
[0120] 本实施例中，第二函数基于第一函数的结果进行计算，由于第一函数只涉及矩阵乘法和取迹的运算，且第一函数和第二函数均未用到优化算法等消耗资源的运算，计算过程简单，提高了对目标量子门进行资源估计的效率。
[0121] 在本申请一个实施例中，步骤103、根据所述第二函数值，确定所述目标量子门所需要的资源量子门数量，包括：
[0122] 若所述目标量子门的第二函数值为0，则确定所述目标量子门所需要的资源量子门数量为0。
[0123] 量子门合成资源估计技术需要能判断出：量子门(即目标量子门)本身需不需要资源门(即资源量子门)，即一个量子门是否可以通过克里福德酉门来合成。在本申请中，可以利用克里福德零化度进行判断：如果目标量子门的克里福德零化度为0，则表明该量子门不需要特殊的资源门，用克里福德酉门就可以实现，反之需要进一步对所需资源门进行估计。
[0124] 本实施例中，在目标量子门的克里福德零化度为0时，可确定目标量子门的合成不需要资源量子门，即目标量子门所需要的资源量子门数量为0。通过计算目标量子门的克里福德零化度，可获知目标量子门是否需要通过资源量子门进行合成。
[0125] 在本申请一个实施例中，在所述若所述目标量子门的克里福德零化度为0，则确定所述目标量子门所需要的资源量子门数量为0之后，还包括：
[0126] 通过克里福德酉门对所述目标量子门进行合成。
[0127] 本实施例中，在确定目标量子门所需要的资源量子门数量为0时，通过克里福德酉门对所述目标量子门进行合成。通过目标量子门的克里福德零化度，可估计实现量子计算任务时所需要的资源，从而估计这个量子计算任务实现的难易程度。
[0128] 在本申请一个实施例中，步骤103、根据所述第二函数值，确定所述目标量子门所需要的资源量子门数量，包括：
[0129] 若所述目标量子门的第二函数值不为0，则根据所述第一矩阵和所述第二矩阵，计算所述资源量子门的多个第一函数值；
[0130] 根据所述资源量子门的多个第一函数值中目标值的数量，计算所述资源量子门的第二函数值；
[0131] 获取所述目标量子门的第二函数值与所述资源量子门的第二函数值之间的比值；
[0132] 将不小于所述比值的最小整数值，确定为合成所述目标量子门所需所述资源量子门的数量的下界。
[0133] 本实施例中，若所述目标量子门的第二函数值不为0，则计算资源量子门的克里福德零化度。
[0134] 具体的，根据所述第一矩阵和所述第二矩阵，计算所述资源量子门的多个第一函数值；根据所述资源量子门的多个第一函数值中目标值的数量，计算所述资源量子门的第二函数值。
[0135] 其中，根据所述第一矩阵和所述第二矩阵，计算所述资源量子门的多个第一函数值具体包括：
[0136]
[0137] 其中，W为所述资源量子门对应的矩阵，即W为所述资源量子门的矩阵表达；
[0138] w＝(a1,a2,a3,a4,...,a2n-1,a2n)；
[0139] g＝(b1,b2,b3,b4,...,b2n-1,b2n)；
[0140] a1,a2,...,a2n,b1,b2,...,b2n的取值为0或1；
[0141]
[0142]
[0143] i为虚数；
[0144] k为所述资源量子门作用的量子比特的个数；
[0145] 为W的共轭转置矩阵；
[0146] 为所述第一矩阵， 为所述第二矩阵。
[0147] 对于上述函数，每次计算取向量w的一种取值，向量g的一种取值，并根据对应的Cw和Cg，计算得到资源量子门的一个泡利函数值(即一个第一函数值)。例如，若资源量子门作用的量子比特的个数为1， w＝(a1,a2)，g＝(b1,b2)，a1、a2、b1和b2的取值为0或1，那么，向量w的取值可为(0，0)、(0，1)、(1，0)和(1，1)，向量g的取值也可为(0，0)、(0，1)、(1，0)和(1，1)。在本步骤中，需要将向量w和向量g所有可以取的值作为输入，计算获得相应的第一函数值。也就是说，本步骤中获得的资源量子门的多个第一函数值，是通过将向量w和向量g所有可以取的值取遍，并将取值输入到泡利函数后，计算获得的各输出值。
[0148] 根据所述资源量子门的多个第一函数值中目标值的数量，计算所述资源量子门的第二函数值，具体包括：
[0149] v(W)＝2k-log2s(W)
[0150] 其中，s(W)为所述资源量子门的所述多个第一函数值中取值为1和-1的个数。
[0151] 目标量子门的克里福德零化度在前后作用克里福德酉门时，有着单调不增的特性；同时克里福德零化度函数在张量乘积下有着可加的属性，这两个关键的特性，理论上确保了m个资源量子门W在前后作用一连串克里福德酉门合成目标量子门U时，m满足如下的关系：
[0152] m≥v(U)/v(W)
[0153] 也就是说，通过分别计算目标量子门(U)和资源量子门(W)的克里福德零化度，可以对目标量子门进行量子门合成所需资源的估计。
[0154] 在求取到m的值之后，对m上取整，即取不小于m(即所述比值)的最小整数值e，并将该最小整数值确定为合成目标量子门所需资源量子门的数量的下界，即，合成目标量子门至少需要e个资源量子门。
[0155] 本实施例中，通过目标量子门和资源量子门的克里福德零化度来确定合成目标量子门所需资源量子门的数量的下界，由于克里福德零化度只涉及矩阵乘法和取迹的运算，并不会用到优化算法等消耗资源的运算，可以简化运算过程，提高运算效率，并且可以直接通过科学计算软件Matlab(Matlab是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境)或者Python等编程语言进行实现。
[0156] 目前量子计算逻辑门合成方向一般认为T门是一种非常基础和重要的资源门，对于这种资源门，其克里福德零化度为1，即v(T)＝1。这意味着，制备任意目标量子门U，所需的资源门T门的数量下界将由v(U)/v(T)＝v(U)给出。比如，对应图2所示的三比特控制X门(CCCX门)，通过本申请提供的量子资源估计方法可知，制备CCCX门至少需要4个资源T门。
[0157] 图3为本申请实施例提供的量子资源估计方法的流程图，如图3所示，本实施例提供的量子资源估计方法，包括：
[0158] 步骤11、获取目标量子门的矩阵格式U；
[0159] 步骤22、计算U的泡利函数值，并根据泡利函数值确定目标量子门的克里福德零化度v(U)；
[0160] 步骤33、判断v(U)是否为0，若为0，转步骤331执行，或不为0，转步骤332执行；
[0161] 步骤331、目标量子门不需要资源门，可通过克里福德酉门实现。
[0162] 步骤332、获取资源量子门的克里福德零化度v(w)；
[0163] 步骤44、计算v(U)/v(W)的上取整，记为c；
[0164] 步骤55、输出c值，实现目标量子门U至少需要c个W资源量子门。
[0165] 本申请提供的方法，适用性广，对非对角矩阵的量子门也能适用，可以解决现有技术中不能对非对角多比特量子门进行资源估计的问题；另外，本申请提供的方法计算简单，不涉及优化，可以进行高效的估计。
[0166] 参见图4，图4是本申请实施例提供的量子资源估计装置的结构图，如图4所示，本实施例提供一种量子资源估计装置400，包括：
[0167] 获取模块401，用于根据第一矩阵和第二矩阵，获得目标量子门的多个第一函数值，其中，所述第一矩阵和所述第二矩阵的行数相同，且列数相同；
[0168] 计算模块402，用于根据所述多个第一函数值中目标值的个数，计算所述目标量子门的第二函数值，所述第二函数值与目标量子门作用的量子比特个数相关联；
[0169] 确定模块403，用于根据所述第二函数值，确定所述目标量子门所需要的资源量子门数量。
[0170] 进一步的，所述计算模块，用于：
[0171] 根据如下函数，获得目标量子门的多个第一函数值：
[0172]
[0173] 其中，U为所述目标量子门对应的矩阵；
[0174] u＝(a1,a2,a3,a4,...,a2n-1,a2n)；
[0175] g＝(b1,b2,b3,b4,...,b2n-1,b2n)；
[0176] a1,a2,...,a2n,b1,b2,...,b2n的取值为0或1；
[0177]
[0178]
[0179] i为虚数；
[0180] n为所述目标量子门作用的量子比特的个数；
[0181] 为U的共轭转置矩阵；
[0182] 为所述第一矩阵， 为所述第二矩阵。
[0183] 进一步的，所述计算模块402，用于：
[0184] 根据所述多个第一函数值中目标值的个数，采用如下函数计算所述目标量子门的所述第二函数值：
[0185] v(U)＝2n-log2s(U)；
[0186] 其中，s(U)为所述目标量子门的所述多个第一函数值中目标值的个数。
[0187] 进一步的，所述目标值为1和-1。
[0188] 进一步的，所述确定模块403，包括：
[0189] 第一确定子模块，用于若所述目标量子门的第二函数值为0，则确定所述目标量子门所需要的资源量子门数量为0。
[0190] 所述确定模块403，包括：
[0191] 第一计算子模块，用于若所述目标量子门的第二函数值不为0，则根据所述第一矩阵和所述第二矩阵，计算所述资源量子门的多个第一函数值；
[0192] 第二计算子模块，用于根据所述资源量子门的多个第一函数值中目标值的个数，计算所述资源量子门的第二函数值；
[0193] 获取子模块，用于获取所述目标量子门的第二函数值与所述资源量子门的第二函数值之间的比值；
[0194] 第二确定子模块，用于将不小于所述比值的最小整数值，确定为合成所述目标量子门所需所述资源量子门的数量的下界。
[0195] 进一步的，量子资源估计装置400还包括：
[0196] 合成模块，用于通过克里福德酉门对所述目标量子门进行合成。
[0197] 量子资源估计装置400能够实现图1所示的方法实施例中电子设备实现的各个过程，为避免重复，这里不再赘述。
[0198] 本申请实施例的量子资源估计装置400，根据第一矩阵和第二矩阵，获得目标量子门的多个第一函数值，其中，所述第一矩阵和所述第二矩阵的行数相同，且列数相同；根据所述多个第一函数值中目标值的个数，计算所述目标量子门的第二函数值，第二函数值与目标量子门作用的量子比特个数相关联；根据所述第二函数值，确定所述目标量子门所需要的资源量子门数量。本申请中的方法，并不限定目标量子门对应的矩阵为对角矩阵，可提高对目标量子门进行资源估计的效果。
[0199] 根据本申请的实施例，本申请还提供了一种电子设备和一种可读存储介质。
[0200] 如图5所示，是根据本申请实施例的量子资源估计方法的电子设备的框图。电子设备旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本申请的实现。
[0201] 如图5所示，该电子设备包括：一个或多个处理器501、存储器502，以及用于连接各部件的接口，包括高速接口和低速接口。各个部件利用不同的总线互相连接，并且可以被安装在公共主板上或者根据需要以其它方式安装。处理器可以对在电子设备内执行的指令进行处理，包括存储在存储器中或者存储器上以在外部输入/输出装置(诸如，耦合至接口的显示设备)上显示GUI的图形信息的指令。在其它实施方式中，若需要，可以将多个处理器和/或多条总线与多个存储器和多个存储器一起使用。同样，可以连接多个电子设备，各个设备提供部分必要的操作(例如，作为服务器阵列、一组刀片式服务器、或者多处理器系统)。图5中以一个处理器501为例。
[0202] 存储器502即为本申请所提供的非瞬时计算机可读存储介质。其中，所述存储器存储有可由至少一个处理器执行的指令，以使所述至少一个处理器执行本申请所提供的量子资源估计方法。本申请的非瞬时计算机可读存储介质存储计算机指令，该计算机指令用于使计算机执行本申请所提供的量子资源估计方法。
[0203] 存储器502作为一种非瞬时计算机可读存储介质，可用于存储非瞬时软件程序、非瞬时计算机可执行程序以及模块，如本申请实施例中的量子资源估计方法对应的程序指令/模块(例如，附图4所示的获取模块401、计算模块402和确定模块405)。处理器501通过运行存储在存储器502中的非瞬时软件程序、指令以及模块，从而执行服务器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的量子资源估计方法。
[0204] 存储器502可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据实现量子资源估计方法的电子设备的使用所创建的数据等。此外，存储器502可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非瞬时存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非瞬时固态存储器件。在一些实施例中，存储器502可选包括相对于处理器501远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至实现量子资源估计方法的电子设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
[0205] 实现量子资源估计方法的电子设备还可以包括：输入装置505和输出装置504。处理器501、存储器502、输入装置505和输出装置504可以通过总线或者其他方式连接，图5中以通过总线连接为例。
[0206] 输入装置505可接收输入的数字或字符信息，以及产生与实现量子资源估计方法的电子设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入，例如触摸屏、小键盘、鼠标、轨迹板、触摸板、指示杆、一个或者多个鼠标按钮、轨迹球、操纵杆等输入装置。输出装置504可以包括显示设备、辅助照明装置(例如，LED)和触觉反馈装置(例如，振动电机)等。该显示设备可以包括但不限于，液晶显示器(LCD)、发光二极管(LED)显示器和等离子体显示器。在一些实施方式中，显示设备可以是触摸屏。
[0207] 此处描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、专用ASIC(专用集成电路)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。
[0208] 这些计算程序(也称作程序、软件、软件应用、或者代码)包括可编程处理器的机器指令，并且可以利用高级过程和/或面向对象的编程语言、和/或汇编/机器语言来实施这些计算程序。如本文使用的，术语“机器可读介质”和“计算机可读介质”指的是用于将机器指令和/或数据提供给可编程处理器的任何计算机程序产品、设备、和/或装置(例如，磁盘、光盘、存储器、可编程逻辑装置(PLD))，包括，接收作为机器可读信号的机器指令的机器可读介质。术语“机器可读信号”指的是用于将机器指令和/或数据提供给可编程处理器的任何信号。
[0209] 为了提供与用户的交互，可以在计算机上实施此处描述的系统和技术，该计算机具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，CRT(阴极射线管)或者LCD(液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给计算机。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。
[0210] 可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算系统(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算系统(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(LAN)、广域网(WAN)和互联网。
[0211] 计算机系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。
[0212] 根据本申请实施例的技术方案，根据第一矩阵和第二矩阵，获得目标量子门的多个第一函数值，其中，所述第一矩阵和所述第二矩阵的行数相同，且列数相同；根据所述多个第一函数值中目标值的个数，计算所述目标量子门的第二函数值，第二函数值与目标量子门作用的量子比特个数相关联；根据所述第二函数值，确定所述目标量子门所需要的资源量子门数量。本申请中的方法，并不限定目标量子门对应的矩阵为对角矩阵，可提高对目标量子门进行资源估计的效果。
[0213] 由于第一函数只涉及矩阵乘法和取迹的运算，并未用到优化算法等消耗资源的运算，计算过程简单，提高了对目标量子门进行资源估计的效率。
[0214] 第二函数基于第一函数的结果进行计算，由于第一函数只涉及矩阵乘法和取迹的运算，且第一函数和第二函数均未用到优化算法等消耗资源的运算，计算过程简单，提高了对目标量子门进行资源估计的效率。
[0215] 在目标量子门的克里福德零化度为0时，可确定目标量子门的合成不需要资源量子门，即目标量子门所需要的资源量子门数量为0。通过计算目标量子门的克里福德零化度，可获知目标量子门是否需要通过资源量子门进行合成。
[0216] 通过目标量子门和资源量子门的克里福德零化度来确定合成目标量子门所需资源量子门的数量的下界，由于克里福德零化度只涉及矩阵乘法和取迹的运算，并不会用到优化算法等消耗资源的运算，可以简化运算过程，提高运算效率。
[0217] 在确定目标量子门所需要的资源量子门数量为0时，通过克里福德酉门对所述目标量子门进行合成。通过目标量子门的克里福德零化度，可估计实现量子计算任务时所需要的资源，从而估计这个量子计算任务实现的难易程度。
[0218] 应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发申请中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本申请公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
[0219] 上述具体实施方式，并不构成对本申请保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本申请的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请保护范围之内。
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